欧洲航天局的XMM-Newton和美国宇航局的钱德拉太空飞船探测到了三颗年轻的中子星，它们的温度比同龄的中子星要低得多。通过将它们的特性与不同的中子星模型进行比较，科学家得出结论，这些奇怪的中子星的低温使大约75%的已知模型不合格。这是向揭示统治所有中子星的“状态方程”迈出的一大步，对宇宙的基本定律具有重要意义。

太年轻不够酷三颗中子星给我们的教训

物质被挤压到极限

中子星是宇宙中密度最大的物体，仅次于恒星质量黑洞。每颗中子星都是一颗巨星的压缩核心，是恒星在超新星爆炸后留下的。耗尽燃料后，恒星的核心在重力作用下内爆，而其外层则向外喷射到太空中。

中子星中心的物质受到的挤压如此之大，以至于科学家仍然不知道它会以何种形式存在。中子星得名于这样一个事实：在这种巨大的压力下，甚至原子也会坍缩：电子与原子核合并，将质子变成中子。但情况可能会变得更加奇怪，因为极端的高温和高压可能会稳定其他地方无法生存的更多奇异粒子，或者可能将粒子熔合在一起，形成由其组成夸克组成的漩涡汤。

中子星内部发生的事情可以用所谓的“状态方程”来描述，这是一个理论模型，描述了中子星内部可能发生的物理过程。问题是，科学家还不知道数百种可能的状态方程模型中哪一个是正确的。虽然单个中子星的行为可能取决于它们的质量或旋转速度等特性，但所有中子星都必须遵循相同的状态方程。

太冷

通过深入研究欧洲航天局XMM-牛顿和美国宇航局钱德拉任务的数据，科学家发现了三颗异常年轻且寒冷的中子星，它们的温度比同龄的同类中子星低10到100倍。通过将它们的特性与不同模型预测的冷却速度进行比较，研究人员得出结论，这三个怪异物体的存在排除了大多数提出的状态方程。

“这三颗中子星的年轻年龄和低表面温度只能通过快速冷却机制来解释。由于增强冷却只能通过某些状态方程来激活，这使我们能够排除很大一部分可能的模型，”天体物理学家NandaRea解释说，他的研究小组在空间科学研究所(ICE-CSIC)和加泰罗尼亚空间研究所(IEEC)领导了这项调查。

揭示真正的中子星状态方程对宇宙的基本定律也有重要意义。众所周知，物理学家还不知道如何将广义相对论(描述重力在大尺度上的影响)与量子力学(描述粒子层面发生的事情)结合起来。中子星是这方面的最佳试验场，因为它们的密度和引力远远超出我们在地球上所能创造的任何物质。

这三颗奇特的中子星太冷，以至于大多数X射线天文台都无法观测到它们。“XMM-牛顿和钱德拉的超高灵敏度不仅让我们能够探测到这些中子星，还能收集到足够的光线来确定它们的温度和其他特性，”研究XMM-牛顿数据的欧空局研究员卡米尔·迪兹说。

然而，这些灵敏的测量只是迈出了第一步，让我们能够得出结论，了解这些奇异现象对中子星状态方程意味着什么。为此，Nanda在ICE-CSIC的研究团队结合了AlessioMarino、ClaraDehman和KonstantinosKovlakas的互补专业知识。

阿莱西奥负责确定中子星的物理特性。该团队可以根据中子星表面发出的X射线推断出中子星的温度，而周围超新星遗迹的大小和速度可以准确指示它们的年龄。

接下来，克拉拉带头计算了包含不同冷却机制的状态方程的中子星“冷却曲线”。这需要绘制出每个模型预测的中子星光度(与其温度直接相关的特性)随时间的变化情况。

这些曲线的形状取决于中子星的几种不同特性，并非所有特性都可以通过观测准确确定。因此，该团队计算了一系列可能的中子星质量和磁场强度的冷却曲线。

最后，由Konstantinos领导的统计分析将所有这些整合在一起。使用机器学习来确定模拟的冷却曲线与奇异粒子的性质的吻合程度，结果表明，没有快速冷却机制的状态方程与数据匹配的可能性为零。

“中子星研究涉及许多科学学科，从粒子物理学到引力波。这项工作的成功证明了团队合作对于增进我们对宇宙的理解至关重要，”南达总结道。