在中子星内部——超新星爆发后留下的城市大小、超高密度的灰烬——现代物理学步入未知领域。在那里，引力将物质压缩到比原子核内密度高数倍的程度，理论家们怀疑这可能会成为前所未见的奇异粒子和相互作用的滋生地。但如此高的密度无法通过实验室实验进行探测，对于即使是当今最强大的计算机来说，处理起来仍然过于困难。
因此，当宇宙慷慨解囊提供帮助时，天文学家们抓住了这个机会。去年八月，先进激光干涉仪引力波天文台（LIGO）以及一个名为 VIRGO 的欧洲探测器，探测到来自地球约 1.3 亿光年外两颗中子星合并事件在时空中回荡的引力波。这些波现在在 LIGO-VIRGO 团队的新论文中进行了重新分析，为我们提供了迄今为止关于合并事件起源的最佳线索——以及中子星物质的真实构成。
当两颗恒星朝着共同的厄运螺旋式靠近时，将轨道能量释放到引力波中，它们也开始在彼此的表面上引起潮汐。这些潮汐相互作用吸走了更多的轨道能量，收紧了中子星的轨道并加速了它们的碰撞。LIGO-VIRGO 探测到的引力波中蕴含的潮汐强度，取决于每颗中子星的内部结构，物理学家使用“状态方程”来模拟这种结构。对于中子星来说，状态方程在数学上描述了恒星内部如何对密度、压力和温度的变化做出反应。
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这项新研究跟进了同一团队去年十月发布的初步计算，该计算未能完全探测到引力波信号中的这些潮汐。“我们最初的分析相当‘睁大眼睛’——我们几乎没有做任何假设，”加州州立大学富勒顿分校的 Jocelyn Read 说，她是 LIGO“极端物质”团队的负责人。
不过，在第二次尝试中，该团队观察了这两个天体的更多轨道，并加入了一些额外的约束条件。即，他们为这两个天体分配了相同的状态方程——这是一个合理的假设，因为关于合并事件的所有可用数据几乎可以肯定碰撞的来源是一对中子星。
接下来，他们测试了可能解释数据的状态方程，并添加了其他合理的、现实世界的要求。例如，压力和密度的变化不能在中子星（或任何其他物体）内部产生速度快于光速的声波。并且状态方程还必须符合最重已确认的中子星，其重量约为 1.97 个太阳质量。如果中子星物质无法承受足够高的压力，那么这样的天体根本就不会是中子星——它早就坍缩成黑洞了。
考虑到所有这些因素，新的分析发现，参与合并的两颗中子星，每颗的重量可能为 1.4 个太阳质量，但相对于这个重量来说却相当小：半径约为 12 公里。这将与之前有争议的中子星半径 X 射线测量结果相符。并且暗示中等大小的中子星与 1.97 太阳质量的重型中子星相比，内部压力相对较低，后者必须具有更高的压力才能为抵抗如此巨大的引力提供坚硬的骨架。
与实验室对密度低得多的物质的测量结果相比，新数据初步显示，压力在密度越来越大的物质中增加的方式存在向上弯曲的迹象。如果中子星完全由中子和质子组成，则不会出现这种弯曲——在这种情况下，压力应该只是平稳地增加。“状态方程中可能会出现一些有趣的结构，”Read 说，并补充说，数据仍然与压力的稳定增长相符，这对应于由仅由质子和中子组成的“无趣的”中子星。不过，如果物理学家能够证实状态方程中存在这样的弯曲，这可能表明物质在非常高的密度下会发生相变，就像水在足够低的温度下从液态变为固态一样。在中子星中，这种相变可能源于中子分解成其组成粒子夸克的汤。
这项新研究与雪城大学研究生 Soumi De 领导的团队在四月份发表的对同一事件的先前分析结果相呼应，但精度提高了一倍。“令人鼓舞的是，这一个事件尚未被完全挖掘，”石溪大学天体物理学家 James Lattimer 说，他是早期论文的合著者。
Lattimer 和 Read 的团队都计划继续重新分析去年八月的信号。“我们还没有从这件事中榨取我们所能榨取的一切，”Read 说。很快，额外的中子星合并信号可能会从引力波探测器中出现，为希望确定这些奇异天体的状态方程的天体物理学家提供更多数据。
与此同时，五月份在The Astrophysical Journal Letters 上发表了另一个有用的结果。在去年八月的中子星合并事件之后，其他天文学家使用钱德拉 X 射线天文台搜寻了其残骸，希望一睹其最终结果：一颗单一的、更重的中子星或一个黑洞。
一颗重约 2.7 个太阳质量的巨型中子星将远远超过之前的纪录保持者，迫使中子星状态方程适应更严格的约束。但事实并非如此；钱德拉的数据显示，从合并事件的残骸中流出的 X 射线相对较少，这一观测结果与黑洞的形成相符。根据 Lattimer 的说法，这作为其自身的限制很有趣——天文学家现在知道中子星物质不可能支撑如此大的重量。“我不认为我对合并事件能够告诉我们的所有事情进行了足够富有想象力的思考，”他说。