天文学综合新闻紫金山天文台等研究揭示中子星并合引力波信号新特征科学界震撼发现
近期，国际合作研究团队中的中国科学院紫金山天文台成员在利用双中子星并合产生的引力波特性来研究核物质转变方面取得了重大突破。他们的研究成果发表在《物理评论快报》上，以“Merger and Postmerger of Binary Neutron Stars with a Quark-Hadron Crossover Equation of State”为题，并被美国物理学会《物理》杂志选为亮点报道“Listening to Equation-of-State Changes”。
这项工作预测，在极高密度约为每立方厘米万亿千克的环境下，夸克可能会从亚原子粒子中释放出来。这种夸克物质据认为存在于宇宙早期，也可能形成于中子星内部或并合产物中，但迄今尚未直接发现。
黄永嘉博士和他的导师范一中研究员以及日本多位教授共同进行了数值模拟，揭示了一种新的双中子星并合引力波辐射特征，并预测这一特征可以被第三代地面引力波探测器探测到。实验检测夸克物质将有助于完善基本粒子的理论模型。
模拟结果显示，当双中子星不立即塌缩成黑洞而是形成快速较差转动的超重中子星时，它们会发出强烈的引力波，并表现出一些特征谱峰。在核心密度升高过程中，如果强子的向量转变成了夸克，则引力的频率会突然下降，这个下降幅度取决于夸克模型所使用的状态方程。
本次研究首次考察了双重系统在渡越（Quark-hadron crossover）状态方程上的性质。在低密度时，由强子的体系主导；当达到饱和，状态方程迅速变得更硬，更能释放压力（图1）。当最大密度落入渡越区时，整个系统变得更加松散，其引力波频率也比纯粹由强子的系统要低（图2）。计算表明，可以通过第三代探测器有效捕捉到这一频率减少，有望听见核相变过程中的声音。
黄永嘉博士担任论文第一作者及通讯作者，该项目得到了国家自然科学基金等项目支持。此外，该论文链接可访问https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.181101，《物理》杂志报道可查阅physics.aps.org/articles/v15/s149。