这张渲染图显示了两颗中子星合并后形成黑洞时物质的密度。(图片由David Radice/宾夕法尼亚州立大学提供)
美国国家科学基金会(NSF)在5年内获得加州大学伯克利分校的1090万美元扩大研究外来物质在中子星-密集的恒星爆炸后仍然和我们能从中学到越来越多的引力波探测器现在听时空震动产生的暴力合并两个中子星。
中微子、核天体物理学和对称性网络(N3AS)是美国国家科学基金会的一个物理前沿中心，由伯克利物理学教授、劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的理论核物理学家维克·哈克斯顿(Wick Haxton)领导。
N2AS中心由13个机构组成，将专注于利用天体物理学中最极端的环境——大爆炸、超新星、中子星和黑洞合并——作为实验室，在地球实验室无法达到的条件下测试基础物理。
哈克斯顿说:“我们作为一个单一的团队，结合我们的专业知识来解决天体物理学中出现的复杂的多物理问题——这些问题超出了单个研究者的能力。”“我们聘用的博士后研究员属于这个团队，他们可以自由地在各个站点之间移动，学习他们需要了解的物理知识，以便从不同的世界专家那里取得进展。”
现在有三个引力波探测器在世界各地运行，科学家们正在探测更多中子星或黑洞的合并，它们像钟一样缠绕着时空结构。
合并后发出的光——可见光、红外线、x射线和伽玛射线——可以告诉科学家合并过程中产生和喷射出的热的放射性碎片。2017年的此类观测首次证实，中子星合并过程中正在制造和喷射出比铁重的元素。伯克利N3AS成员丹·卡森(物理学教授)和艾略特·夸特(天文学教授)在得出这一结论的理论工作中发挥了关键作用。
artist’提出的中子星合并的概念，它会产生由放射性碎片组成的旋转云团和短时间的伽马射线爆发(喷流)。(图片由国家科学基金会/LIGO/Sonoma州立大学/A提供。Simonnet)
两颗中子星合并产生的引力波提供了有关这些奇异物体结构的丰富信息。这些奇异物体的质量大约相当于太阳，被挤进半径约为6英里的球体中。中子星在合并过程中如何变形，反映了核物质在数倍于原子核密度时的性质。
日本新的地下神冈引力波探测器(KAGRA)于今年2月开始运行，它将与美国现有的激光干涉引力波观测站(LIGO)和意大利的处女观测站合作。
“N3AS对于‘引力波时代’真的很兴奋，”哈克斯顿说。“我们可以使用探测器来确定宇宙中新的灾难性事件。”
该中心将设在老勒孔特大厅的三楼，旨在鼓励坎贝尔大厅的天文系和勒孔特的物理系之间的合作。
伯克利分校负责研究的副校长兰迪·卡茨(Randy Katz)说:“跨学科合作是解决中心寻求解答的深层科学问题的关键。”“通过一个独特的试点项目，教务长和校园研究和财务办公室正对中心资源进行改造，并为LeConte Hall最先进的协作空间创造一个令人兴奋的愿景。”该中心不仅在知识的边缘研究新科学;这本身就是我们的研究人员、资助机构和校园之间建立新的伙伴关系的实验，以创建新的设施，提高我们在未来进行尖端研究的能力。”
N3AS建立在2017年在伯克利和伯克利实验室建立的核天体物理学研究中心的基础上，该中心也由哈克斯顿领导，并得到了国家科学基金会和海森堡基金会的支持。
哈学分物理学教授和院长物理科学赫尔曼弗朗西斯和詹姆斯·西蒙斯,前实验室副主任,十年前创建最初的伙伴关系在伯克利,伯克利实验室的核科学部门和能源部的核物理程序生成校园核物理的努力集中在中微子和天体物理学。
“在这个引力波探测的新时代,这个NSF中心完全连接这些点之间的一些非常有趣的科学问题,包括中子星的属性合并、中微子和暗物质的性质和重元素的形成,”系列的继任者说,娜塔莉·罗伊,现在伯克利实验室的物理科学实验室主任助理。
N3AS将专注于一些研究领域，包括:
- 对在超新星和中子星中心发现的超高密度、富含中子的核物质的描述;
- 中微子是天体物理爆炸中产生的大部分能量和粒子的来源，它们被困在中子星中，并在量子力学上纠缠在一起;
- 核合成，即新元素的产生，特别是那些在大爆炸或恒星燃烧过程中没有产生的比铁重的元素;
- 暗物质约占宇宙质量的85%，但只能通过其引力效应间接观测到;暗物质可以影响超新星和中子星的冷却方式;和
- 使用高性能计算来模拟合并和超新星，并将中微子和致密物质的微观物理与天体物理观测联系起来。
除了加州大学伯克利分校,其他机构的合作是洛斯阿拉莫斯国家实验室,北卡罗莱纳州立大学、西北大学、俄亥俄大学,宾夕法尼亚州立大学,加州大学圣地亚哥分校,肯塔基大学、明尼苏达大学、新罕布什尔大学,圣母大学,华盛顿大学和威斯康辛大学麦迪逊分校。
该中心将与日本最大的研究机构理研所(RIKEN)和法国国家科学研究中心(CNRS)建立密切联系。它将支持一个奖学金项目，每年聘四名研究员进行为期三年的研究。前两年在N3AS研修生所选择的机构学习，而第三年研修生必须转到不同的机构进行研究。
相关信息
- 伯克利实验室宣布
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.berkeley.edu/2020/08/17/new-center-to-focus-on-physics-of-ultra-dense-neutron-stars/