压缩重子物质：从原子核到脉冲星

尽管物质世界以不熟悉的暗物质、暗能量为主，但自然界的精彩却要归功于相对少量的那些重子物质．日常生活中原子核之间Coulomb排斥有效地阻止它们通过挤压物质而聚合起来，然而天体极端环境时常出人意料：大质量恒星演化至晚期时，其核心引力如此之强以至于其他任何力（当然包括Coulomb排斥）都难以媲美——压缩重子物质就这样在超新星爆发过程中诞生，并表现为观测到的脉冲星．对这类压缩重子物质的研究将不仅加深对强作用基本性质的认识，而且有助于检验引力理论、探测低频引力波、建立精确的时间标准和导航体系，还是我国在建或拟建大型天文望远镜的核心课题．历史上Landau曾推测恒星核心存在巨大的原子核（后来发展成为“中子星”模型），我们经过研究后却认为脉冲星其实是由夸克集团而构成的凝聚体．夸克集团作为超新星爆发形成压缩重子物质的基本单元这一想法十年来并未被观测排除，而且我们还期待未来功能更强大的观测设备检验它．     

脉冲星是中子星还是奇异星

1900年，开尔文在一篇著名演讲中提出，物理学“晴空万里”，但只是有“两朵乌云”，其中一朵是“能量均分定理运用于黑体辐射时失效”，另一朵是“以太漂移测量的零结果”，对它们的研究，分别导致了本世纪两个最伟大的基本理论（量子论和相对论的出现。     

"中子星"研究的挑战

脉冲星(PSRs)被发现之后,很快地就被证认为中子星(NSs),关于它们的研究极大地丰富了人们对于自然的认识.由于第一颗射电脉冲星的发现以及对强引力场下广义相对论的检验,脉冲星研究者已经两次获得了诺贝尔物理学奖.最近,"中子星"家族中的一些新种类被发现了,它们是:所谓的软伽马射线重复爆(SGRs),反常X射线脉冲星(AXPs),超新星遗迹(SNRs)中的致密中心天体(CCOs)和暗弱热中子星(DTNs).这对理论家们提出了如下的挑战:是否部分或者全部的所谓"中子星"的本质实际上是"奇异星(SSs)"?是否存在所谓的"磁星"(一种具有超强磁场的中子星)?本文论述了"中子星"的观测特性,为理解它们本质所作的理论努力以及不同模型间的争论(尤其是关于SGRs和AXPs).     

脉冲星是中子星还是奇异星

 １９００年 ,开尔文在一篇著名演讲中提出 ,物理学“晴空万里” ,但只是有“两朵乌云”。其中一朵是“能量均分定理运用于黑体辐射时失效” ,另一朵是“以太漂移测量的零结果”。对它们的研究 ,分别导致了本世纪两个最伟大的基本理论（量子论和相对论）的出现。量子论和相对论对人类２０世纪的影响是巨大的。没有量子论就没有现代的半导体微电子技术 ,也就不会有现代的信息社会 ;没有相对论 ,就不可能形成一个正确的宇宙观。进一步地 ,当我们用量子论和相对论来考察恒星晚期的状态时就会发现 ,恒星演化的最终残骸具有异常高的密度。这些天体称为致密星体。一般认为 ,它们共有３类 :白矮星、中子星（或奇异星）和黑洞。     

探测磁星的爆发

磁星作为高能天体物理研究热点源之一,是一类具有超强磁场、并且在X射线和软伽玛射线能段较活跃的中子星.使用爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)全天监测,我们预期能通过探测磁星的X射线爆发现象而至少在EP运行3年期间发现3颗新磁星,并同时监测已知23颗磁星的可能活动.EP的全天监测结果将帮助估算磁星的数目、理解恒星演化和超新星爆发.根据EP的监测,还可以及时开展多波段观测,研究磁星的辐射机制和背后的物理特性与过程.另外,EP也能监测其他类中子星可能的突变活动,帮助理解此类现象的物理本质.     

脉冲星与夸克星

简要地回顾了脉冲星、中子星和夸克星的研究历史;总结了当前(特别是笔者所在研究小组)对于夸克星研究的进展并指出所面临的主要问题,特别讨论了区分普通中子星和夸克星的可能途径;给出了一些夸克星候选体以及未来可能的观测检验。     

球对称恒星的引力平衡与平衡态附近的振荡

根据球对称恒星引力与压力间的平衡,用半定量方法得到了恒星振动周期与其平均密度的关系。简要地说明了周光关系方法测量恒星距离的原理。     

脉冲星、中子星与夸克星

关于观测到脉冲星的本质目前存有两种看法：中子星和夸克星。本文简述了相关的研究历史以及这些天体的基本性质和可能观测表现。展望了我国在此研究方向的发展前景。