最大质量的中子星可能具有夸克物质的核心

原子由三种物质组成：质子、中子和电子。电子是基本粒子的一种，而质子和中子是由上夸克和下夸克组成的复合粒子。质子有2个向上和1个向下，而中子有2个向下和1个向上。由于强力的奇特性质，这些夸克总是相互束缚，因此它们永远不可能成为像电子一样真正的自由粒子，至少在真空中是这样。但《自然通讯》的一项新研究发现，它们可以在中子星的中心释放自己。

中子星是大恒星的残余物。它们是防止恒星核心塌陷成黑洞的最后努力。当致密核心的核燃料全部耗尽后，唯一能够对抗重力的就是中子的量子压力。这就是事情变得复杂的地方。

中子星的简单模型认为，它的核心充满了处于自身塌陷边缘的中子。它们可能会以巨大的能量相互碰撞，但它们仍然是中子。它们内部的夸克束缚得太紧，中子无法分裂。但有些人认为，在这个引力边缘，中子会放松，让它们的夸克一起流动成一种夸克汤。这意味着中子星可能具有致密的夸克核心。

不幸的是，我们无法在中子星上进行实验，也无法在地球上创造出中子星那样的致密核物质，但我们确实对核物质通过其状态方程的行为有一些了解。状态方程是计算材料体积特性的一种方法，对于中子星，该状态方程称为托尔曼-奥本海默-沃尔科夫(TOV)方程。唯一的问题是TOV是一个极其复杂的方程，如果你用它来计算中子星是否有夸克核心，你得到的答案是……也许吧。

对于这项新研究，研究小组采取了不同的方法。他们没有通过状态方程计算，而是获取了中子星质量和大小的观测数据并应用了贝叶斯统计。这种统计方法着眼于观察模式，并以微妙但有力的方式推断可能的情况。在这种情况下，如果中子星有夸克核心，那么它们的密度略高于没有夸克核心的中子星。由于小型中子星可能没有夸克核心，而最大质量的中子星可能有夸克核心，因此贝叶斯分析中应该会出现质量密度关系的变化。

研究小组发现，质量大于两个太阳的大质量中子星大约有80%到90%的可能性拥有夸克核心。看来真正的问题不是夸克星是否存在，而是夸克星和常规中子星之间的过渡在哪里。

公平地说，这项分析依赖于相当小的数据样本。我们目前不知道大多数中子星的质量和半径，但这会随着时间的推移而改变。有了更多的数据，我们应该能够确定夸克物质和致密中子物质之间的临界相移。但就目前而言，我们可以相当肯定，一些中子星比我们想象的要奇怪得多。