中子星有多大？以前的估计数从8公里到16公里不等。法兰克福歌德大学和FIAS的天体物理学家们现在已经成功地用一种精确的统计方法来确定最小中子星的大小在1.5公里以内，这种方法得到了引力波测量数据的支持。研究人员的报告发表在最近一期的《物理评论快报》上。中子星是宇宙中密度最大的天体，其质量比我们的太阳还要大，它被压缩成一个相对较小的球体，其直径与法兰克福城相当。然而这只是一个粗略的估计。40多年来确定中子星的大小一直是核物理学界的一个圣杯，其解决方案将提供关于核密度下物质基本行为的重要信息。
典型中子星的大小范围，图片：Lukas Weih, Goethe University, satellite image: GeoBasis-DE/BKG (2009) Google
来自合并中子星的引力波探测数据(GW170817)对解决这一难题做出了重要贡献。在2017年底,卢西亚诺Rezzolla教授,法兰克福歌德大学理论物理研究所和fia,连同他的学生最以利亚和卢卡斯Weih已经利用这些数据来回答一个长期存在的问题对中子星的最大质量可以支持崩溃之前黑色幽谷结果也证实。在第一个重要的结果之后，同样的团队在于尔根·谢弗纳-比利奇教授的帮助下，致力于对中子星的大小设置更严格的限制。问题的关键在于描述中子星内物质的状态方程是未知的。因此物理学家们决定走另一条路：他们选择统计方法，在狭窄的范围内确定中子星的大小。
为了设定新的极限，他们通过求解描述相对论恒星平衡的爱因斯坦方程，计算出了超过20亿个中子星理论模型，并将这个大数据集与GW170817引力波探测的约束结合起来。这种方法在理论物理学中并不少见，通过对所有可能的参数值的研究，可以有效地减少不确定性。因此研究人员能够确定一个典型的中子星的半径在1.5公里以内:它位于12公里到13.5公里之间，这个结果可以通过未来的引力波探测得到进一步的改善。然而这一切都有一个转折，因为中子星可以有双解。事实上在超高密度下，物质的性质可能会发生巨大的变化，并经历所谓的“相变”。
这与水在从液体转变为固态时发生的情况类似。在中子星的例子中，这种转变被推测为将普通物质转变成“夸克物质”，产生的恒星质量将与它们的中子星“双星”完全相同，但它将更小，因而更紧凑。虽然没有确切的证据证明它们的存在，但它们是合理的解决方案，法兰克福的研究人员考虑到了这种可能性，尽管双星带来了额外的复杂性。这种努力最终得到了回报，因为他们的计算揭示了一个意想不到的结果：双星在统计上是罕见的，在两颗双星合并的过程中不会有太大的变形。这是一个重要的发现，因为它使科学家们有可能排除这些非常紧凑的物体的存在。因此未来的重力波观测将揭示中子星是否有奇异的双生子。
博科园-科学科普｜参考期刊：物理评论快报｜来自：歌德大学法兰克福