中子星釋放出中微子來迅速冷卻

對于某些中子星來說，最快的冷卻方法不是“喝下”結(jié)霜的飲料，而是靠名為中微子的輕量級亞原子顆粒來完成。

作為恒星爆發(fā)的坍塌遺跡，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了某些中子星能夠通過釋放出中微子迅速冷卻它們內(nèi)核的確鑿證據(jù)。一直以來，科學(xué)家都在收集證據(jù)了解被深深擠壓在中子星內(nèi)部的超高密度物質(zhì)，這個結(jié)果使得證據(jù)鏈獲得進一步補充。

這個最新的證據(jù)來自于一顆中子星，它正在不斷地吞食臨近恒星的物質(zhì)?？茖W(xué)家們斷定，這顆中子星在完成“進食”后能夠迅速冷卻。這顆中子星釋放的x射線顯示出它快速冷卻的速度與被稱為直接烏卡過程的理論效果是一致的，在這一過程中，中微子能夠迅速將坍塌恒星的能量運走。天體物理學(xué)家Edward Brown和他的同事們將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表于5月4日出版的《物理評論通訊》上。

眾所周知，中子星采用一種令恒星緩慢降溫的相似過程釋放中微子。但是此前并沒有更快冷卻的明確證據(jù)。研究團隊分析了這顆中子星的觀察結(jié)果，它位于距地球35000光年之外，在它完成吞食的過程中，有一個為期15年的冷卻期。中微子所帶走的能量比恒星光輻射產(chǎn)生的能量快10倍，或者比緩慢降溫過程快l億倍，來自于密歇根大學(xué)的Brown表示道。

盡管其他中子星也顯示出此種迅速冷卻的暗示，“但從根本上來說，這是首個出現(xiàn)在我們眼前，使得我們能夠觀察到恒星積極冷卻的目標(biāo)?！眮碜约~約州立大學(xué)石溪分校的天體物理學(xué)家James Lattimer說道，他并沒有參與到此項研究中。

由物理學(xué)家George Gamow和Mario Schenberg于20世紀(jì)40年代命名的直接烏卡過程，其名稱來自于現(xiàn)在已經(jīng)不存在的里約熱內(nèi)盧烏卡賭場。“這本來是個玩笑，二者能夠聯(lián)系在一起，主要在于烏卡過程是從恒星帶走熱量，而賭場則是從游客的錢包中帶走金錢。”Brown說道。

在這個過程中，恒星內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，并且釋放出電子及反中微子。同樣，質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?，并且釋放出反電子和中微子。因為中微子和反中微子很難相互作用，因此它們能夠逃離內(nèi)核，并且?guī)ё吣芰??！爸形⒆泳拖褚粋€小偷，它從恒星掠走了能量?！眮碜杂诙砗ザ碇萘⒋髮W(xué)的物理學(xué)家Madappa Prakash說道，他并沒有參與到此項研究中。

這項觀測可以幫助科學(xué)家了解中子星內(nèi)部深處發(fā)生了什么，其核心被擠壓的密度遠(yuǎn)超實驗值所能達到的量值。盡管最簡單的理論認(rèn)為核心充滿了中子及少量質(zhì)子和電子，但是科學(xué)家依然提出，坍塌的恒星或許是由奇異的物質(zhì)所構(gòu)成，可能包含有被稱為重核子的罕見粒子，或者大量自由漂動的夸克，這些粒子構(gòu)成了質(zhì)子和中子。

無論如何，科學(xué)家們還不能確定中子星的質(zhì)量，并限定所下結(jié)論的范圍。但是，Prakash表示，如果能夠測量出快速冷卻的中子星的質(zhì)量，那么中子星的內(nèi)部組成或許就可以明確了。

王麒譯自 《科學(xué)新聞》（Science News）2018年5月26日