當一顆巨大的恆星在超新星中爆炸時，如果它沒有被完全摧毀，那麼它將留下一個黑洞或一顆中子星。這些神秘的宇宙天體之所以特別神秘，是因為中子星那令人難以置信的密度和它們所構成的核物質的令人困惑的特性導致的粉碎性內部壓力。
現在，一個國際研究小組首次將來自重離子實驗、引力波測量和其他天文觀測的數據跟先進的理論模型相結合從而更加精確地約束核物質的特性。這些結果已於當地時間6月8日發表在《自然》上。
在整個宇宙中，中子星在超新星爆炸中誕生，它標誌着大質量恆星生命的結束。有時，中子星會被束縛在雙星系統中並最終將相互碰撞。這些高能量的天體物理現象的特點是在如此極端的條件下能夠產生大多數重元素，如銀和金。因此，中子星及其碰撞是研究密度遠超原子核內密度的物質特性的獨特實驗室。用粒子加速器進行的重離子碰撞實驗是在高密度和極端條件下產生和探測物質的一種補充方式。
對在核物質中起作用的基本相互作用的新見解
達姆施塔特工業大學核物理研究所的Sabrina Huth說道：“將核理論、核實驗和天體物理觀測的知識結合起來對於揭示中子星所探測的整個密度範圍內富含中子的物質的特性至關重要。”她是該研究論文的第一作者之一。來自烏特勒支大學引力和亞原子物理研究所(GRASP)的另一位第一作者Peter T. H. Pang補充道：“我們發現，來自粒子加速器的金離子碰撞的約束顯示出跟天體物理學觀測的顯著一致性，儘管它們是用完全不同的方法獲得的。”
多信使天文學的最新進展使來自德國、荷蘭、美國和瑞典的研究人員組成的國際研究小組能對核物質中起作用的基本相互作用獲得新的認識。在一個跨學科的努力中，研究人員將在重離子碰撞中獲得的信息納入了一個框架，該框架則結合了電磁信號的天文觀測、引力波的測量以及高性能天體物理學計算和理論核物理學計算。他們的系統研究首次結合了所有這些單獨的學科，另外，他們指出在中子星的中間密度擁有更高的壓力。
包含重離子碰撞的數據
研究論文的作者們在他們的多步驟程序中納入了在達姆施塔特的GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung及美國布魯克海文國家實驗室和勞倫斯伯克利國家實驗室進行的金離子碰撞實驗的信息以此對來自核理論和天體物理觀測的約束展開了分析，這當中包括通過無線電觀測的中子星質量測量、來自國際空間站的中子星內部成分探測器(NICER)任務的信息以及雙中子星合併的多信道觀測。
來自達姆施塔特工業大學的核理論家Sabrina Huth和Achim Schwenk及來自洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Ingo Tews是將重離子碰撞中獲得的信息轉化為中子星物質的關鍵，這是納入天體物理學約束的需要。
在分析中覆蓋重離子碰撞的數據使得在核理論和天體物理學觀測不太敏感的密度區域有了額外的約束。這有助於對緻密物質有一個更全面的了解。在未來，來自重離子對撞的改進約束可以通過提供補充信息在核理論和天體物理觀測之間發揮重要作用。特別是探測更高的密度同時降低實驗不確定性的實驗，其有着很大的潛力為中子星的特性提供新的約束。任何一方的新信息都可以很容易地被納入框架，從而在未來幾年進一步提高對緻密物質的理解。