重力波可以显示垂死恒星的核心何时分解成夸克物质 有助天文学家探索生命之源

香港中文大学（中大）朱明中教授和练立明博士、瑞典斯德哥尔摩大学查帅博士（中大2019年博士毕业）和Evan O’Connor教授，以及美国密歇根州立大学Sean M. Couch教授合著的一篇论文中，使用最先进的多维超新星模拟技术，研究在超新星核塌陷的量子色动力学（quantum chromodynamics，简称QCD）相变，首次在星核发射的重力波和中微子信号中发现这种相变的独特烙印。该论文最近发表于物理学权威期刊 Physical Review Letters ，并被评为编辑之选。

古代中国人最早观察和记录超新星。在宋仁宗年间，著名的超新星「SN 1054」白天肉眼可见，「宋史」中记录为「天官客星」，因为它在天空中只出现了大约两年。它亦称为「妖」星，被视为会带来灾祸。直到一个世纪前，人们才开始知道超新星是恒星的剧烈爆炸，威力比典型核弹强劲10 ²⁷ 倍。然而，恒星为何爆炸以及其惊人爆炸力的动力来源仍是未解之谜。

科学家普遍认为，答案可能在于恒星核心中的质子和中子分解成夸克和胶子时所释放的能量，这转换过程被称为QCD相变。在该论文中，研究人员发现在星核发射的重力波和中微子信号中存在著QCD相变的独特印记，显示重力波和中微子可成为超新星核心的新观测工具，因为它们是在恒星核中产生的，并且可以轻易穿透物质。将恒星核心中的质子和中子分解成夸克及胶子，有可能触发爆炸。QCD相变令重力波讯号出现高频（〜3,000 Hz）、大振幅和短持续时间（小于5 ms）等易分辨的新特征。

超新星爆炸对于恒星和行星的形成非常重要。爆炸将上一代恒星中炼成的重元素（例如碳和铁）散布到星际，这些灰烬成为下一代恒星（如太阳）和行星（如地球）的原材料。

「我们都是星尘，来自超新星。研究超新星是迈向了解我们从何而来的关键一步。」朱教授说。「因此，如果我们有幸能看到下一次的超新星，须谨记这是一颗恒星的死亡和另一个新世界的开始，这也许是由质子和中子融化成夸克和胶子所致。」

若能观测到这种重力波讯号与中微子爆发是同时发生，将为超新星核物质转化为夸克物质提供有力证据。这样的观测将大大提升天文学家对超新星的理解。