对于大多数恒星来说，中子星和黑洞是它们最后的安息之地。当超巨星耗尽燃料时，它会膨胀，然后迅速自行塌缩。这一行为创造了一颗中子星——一种比太阳密度还大的物体，挤进了 13 至 18 英里宽的空间中。在如此高度凝聚的恒星环境中，大多数电子与质子结合形成中子，从而形成主要由中子组成的致密物质球。研究人员试图通过在实验室中碰撞富中子原子核并进行详细测量来产生致密物质，从而了解控制这一过程的力量。
由稀有同位素束设施 (FRIB) 的 William Lynch 和 Betty Tsang 领导的一个研究小组专注于了解致密环境中的中子。 Lynch、Tsang 和他们的合作者利用来自加速器设施和中子星观测的 20 年实验数据来了解粒子在各种密度和压力下如何在核物质中相互作用。该团队想要确定中子与质子的比率如何影响系统中的核力。该团队最近在《自然天文学》上发表了他们的发现。
“在核物理学中，我们经常局限于研究小系统，但我们确切地知道我们的核系统中有哪些粒子。恒星为我们提供了令人难以置信的机会，因为它们是核物理发挥着至关重要作用的大型系统，但我们不知道确切地知道它们内部有什么粒子，”FRIB 和密歇根州立大学 (MSU) 物理与天文学系的核物理学教授林奇说。
“它们很有趣，因为在如此大的系统中密度变化很大。核力在其中起着主导作用，但我们对这个作用知之甚少。”
当一颗质量为太阳 20-30 倍的恒星耗尽其燃料时，它会冷却、坍缩并爆炸成超新星。这次爆炸后，只有恒星内部最深处的物质才凝聚形成中子星。这颗中子星没有燃料可以燃烧，随着时间的推移，它会将剩余的热量辐射到周围的空间。
科学家预计，冷中子星外核中的物质与原子核中的物质大致相似，但存在三个区别：中子星更大，内部密度更高，并且大部分核子是中子。在中子星内核深处，中子星物质的成分仍然是个谜。
林奇说：“如果实验能够提供更多关于作用在其内部的力的指导，我们就可以更好地预测它们的内部组成和相变。中子星为结合这些学科提供了一个很好的研究机会。”