科学探索|重离子实验与核理论的结合让研究人员能更精确地约束核物质特性重离子实验与核理论的结合让

当一颗巨大的恒星在超新星中爆炸时，如果它没有被完全摧毁，那么它将留下一个黑洞或一颗中子星。这些神秘的宇宙天体之所以特别神秘，是因为中子星那令人难以置信的密度和它们所构成的核物质的令人困惑的特性导致的粉碎性内部压力。

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现在，一个国际研究小组首次将来自重离子实验、引力波测量和其他天文观测的数据跟先进的理论模型相结合从而更加精确地约束核物质的特性。这些结果已于当地时间6月8日发表在《自然》上。
在整个宇宙中，中子星在超新星爆炸中诞生，它标志着大质量恒星生命的结束。有时，中子星会被束缚在双星系统中并最终将相互碰撞。这些高能量的天体物理现象的特点是在如此极端的条件下能够产生大多数重元素，如银和金。因此，中子星及其碰撞是研究密度远超原子核内密度的物质特性的独特实验室。用粒子加速器进行的重离子碰撞实验是在高密度和极端条件下产生和探测物质的一种补充方式。
对在核物质中起作用的基本相互作用的新见解
达姆施塔特工业大学核物理研究所的Sabrina Huth说道：“将核理论、核实验和天体物理观测的知识结合起来对于揭示中子星所探测的整个密度范围内富含中子的物质的特性至关重要。”她是该研究论文的第一作者之一。来自乌特勒支大学引力和亚原子物理研究所(GRASP)的另一位第一作者Peter T. H. Pang补充道：“我们发现，来自粒子加速器的金离子碰撞的约束显示出跟天体物理学观测的显著一致性，尽管它们是用完全不同的方法获得的。”

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多信使天文学的最新进展使来自德国、荷兰、美国和瑞典的研究人员组成的国际研究小组能对核物质中起作用的基本相互作用获得新的认识。在一个跨学科的努力中，研究人员将在重离子碰撞中获得的信息纳入了一个框架，该框架则结合了电磁信号的天文观测、引力波的测量以及高性能天体物理学计算和理论核物理学计算。他们的系统研究首次结合了所有这些单独的学科，另外，他们指出在中子星的中间密度拥有更高的压力。
包含重离子碰撞的数据
研究论文的作者们在他们的多步骤程序中纳入了在达姆施塔特的GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung及美国布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室进行的金离子碰撞实验的信息以此对来自核理论和天体物理观测的约束展开了分析，这当中包括通过无线电观测的中子星质量测量、来自国际空间站的中子星内部成分探测器(NICER)任务的信息以及双中子星合并的多信道观测。
来自达姆施塔特工业大学的核理论家Sabrina Huth和Achim Schwenk及来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的Ingo Tews是将重离子碰撞中获得的信息转化为中子星物质的关键，这是纳入天体物理学约束的需要。
【科学探索|重离子实验与核理论的结合让研究人员能更精确地约束核物质特性】在分析中覆盖重离子碰撞的数据使得在核理论和天体物理学观测不太敏感的密度区域有了额外的约束。这有助于对致密物质有一个更全面的了解。在未来，来自重离子对撞的改进约束可以通过提供补充信息在核理论和天体物理观测之间发挥重要作用。特别是探测更高的密度同时降低实验不确定性的实验，其有着很大的潜力为中子星的特性提供新的约束。任何一方的新信息都可以很容易地被纳入框架，从而在未来几年进一步提高对致密物质的理解。