新的理论分析表明，大质量中子星隐藏解禁夸克物质核心的可能性在 80% 到 90% 之间。该结果是通过利用贝叶斯统计推断的大规模超级计算机运行得出的。

中子星核心含有当今宇宙中最高密度的物质，在直径 25 公里的球体中压缩了多达两个太阳质量的物质。这些天体物理物体确实可以被认为是巨大的原子核，重力将它们的核心压缩到密度超过单个质子和中子的密度许多倍。

从粒子和核物理学的角度来看，这些密度使中子星成为有趣的天体物理物体。一个长期悬而未决的问题是，中子星巨大的中心压力是否可以将质子和中子压缩成一种新的物质相，即冷夸克物质。在这种奇异的物质状态下，单个质子和中子不再存在。

赫尔辛基大学理论粒子物理学教授Aleksi Vuorinen解释说：“它们的组成夸克和胶子从典型的颜色限制中解放出来，几乎可以自由移动。”

强烈的相变可能仍会毁掉这一天

在《自然通讯》刚刚发表的一篇新文章中，赫尔辛基大学的一个团队首次对大质量中子星内部存在夸克物质核心的可能性进行了定量估计。他们表明，根据当前的天体物理学观测，夸克物质在最大质量的中子星中几乎是不可避免的：该团队提取的定量估计表明这种可能性在 80-90% 范围内。

所有中子星仅由核物质组成的可能性很小，这要求从核物质到夸克物质的转变是一个强烈的一级相变，有点类似于液态水变成冰的过程。中子星物质特性的这种快速变化有可能破坏恒星的稳定，即使是微小的夸克物质核心的形成也会导致恒星坍缩成黑洞。

来自芬兰、挪威、德国和美国的科学家之间的国际合作能够进一步表明夸克物质核心的存在有一天可能会被完全证实或排除。关键是能够限制核物质和夸克物质之间相变的强度，一旦有一天记录到来自双中子星合并最后部分的引力波信号，这有望成为可能。

大型超级计算机使用观测数据运行

得出新结果的一个关键因素是一组利用贝叶斯推理的大规模超级计算机计算——贝叶斯推理是统计演绎的一个分支，通过与观测数据的直接比较来推断不同模型参数的可能性。该研究的贝叶斯部分使研究人员能够得出中子星物质特性的新界限，证明他们能够在最大质量的稳定中子星核心附近实现所谓的共形行为。

该论文的主要作者之一Joonas Nättilä博士将这项工作描述为一项跨学科的工作，需要天体物理学、粒子和核物理学以及计算机科学的专业知识。他将于 2024 年 5 月开始在赫尔辛基大学担任副教授。

“具体地看到每一次新的中子星观测如何使我们能够以越来越高的精度推断出中子星物质的特性，这真是令人着迷。”

另一方面，在 Nättilä 和 Vuorinen 指导下工作的博士生Joonas Hirvonen则强调了高性能计算的重要性：

“我们必须使用数百万个 CPU 小时的超级计算机时间，才能将我们的理论预测与观测结果进行比较，并限制夸克物质核心的可能性。我们非常感谢芬兰超级计算机中心CSC为我们提供了我们所需的所有资源!”