地球是宇宙中狂暴极端环境中的一个温和绿洲，而很少有天体比中子星更极端。当一定质量的恒星死亡时，它们的核心就会坍塌，并将太阳质量的几倍压缩成城市般大小的球体，从而形成这些天体。在内部，我们所熟知的原子——由质子和中子组成的致密小珠，周围环绕着稀疏的电子云——不复存在。引力将原子中心挤压在一起，中子肩并肩地排列。如果再增加一点质量，这颗恒星就会坍塌成黑洞，其原子将从视野中消失。
加州州立大学富勒顿分校的天体物理学家乔斯琳·里德（Jocelyn Read）写道：“中子星是物质对抗压倒性引力的最后一道防线。”
虽然天文学家可以通过多种方式探测到中子星，但它们内部的确切运作方式仍然知之甚少。但在数十年的研究之后，最近的观测和理论进展正逐渐汇集，表明这些天体可能需要重新命名。周一发表在《自然物理学》杂志上的一项研究表明，一些最重的中子星可能不像坚硬的中子球，而是更像太妃糖棒：由酥脆的中子壳包裹着一种被称为“夸克物质”的奇异物质的粘稠中心。研究人员已经在剧烈的粒子碰撞中创造了夸克物质，但长期以来一直在争论中子星是否拥有在野外彻底粉碎亚原子粒子的能力。该团队的结论如果正确，将代表对质子和中子在压力下行为方式的新认识，并可能更新各种金属进入地球的故事。
欧洲核子研究组织（CERN）的粒子物理学家、该论文的合著者阿莱克西·库尔克拉（Aleksi Kurkela）说：“我们现在已经看到中子星内部可能存在夸克物质的迹象。这非常令人兴奋。”
作为恒星在不完全放弃的情况下所能采取的最狂野的形式，中子星将我们对物质的最佳理论推向了极限。在低能对撞机实验中（因此物质密度较低），质子和中子像台球一样干净地互相碰撞。在这些条件下——密度高达每立方厘米数亿吨——中子像刚性的构件一样紧密地结合在一起。
奇怪的是，物理学家也知道在极高密度下会发生什么。当特别高能的对撞机实验将相同空间内的粒子数量是其低能对应物的数百倍时，质子和中子会分崩离析。它们的内部，即所谓的夸克和胶子，会完全溢出，形成一种被称为夸克-胶子等离子体的汤状物质——这是所谓的“夸克物质”的一种形式。
但介于两者之间的密度会发生什么仍然未知。实验极具挑战性，当神经元变得粘稠但又没有完全融化时，数学工具就会失效。而中子星正好处于理论的这个裂缝之中，这使得天体物理学家几十年来一直在思考它们核心中的中子会发生什么。它们是像乐高一样保持坚硬吗？还是像葡萄一样被压扁，让它们的夸克自由流动？（当物理学家谈论中子星时，熟悉的词语会具有新的、相对的含义。即使是最轻、最冷、最柔软的中子星，其密度、温度和硬度也远超地球上的任何东西）。
库尔克拉和他的同事们认为他们终于掌握了足够的信息来联系这些点。中子星研究的最终目标是确定在任何给定的密度和温度下，物质的抗压性究竟有多大——基本上是测量中子有多硬或多软。该小组考虑了超过五十万个可能的模型，并利用一系列观测来挑战它们。
在密度较高的一侧，天文学家已经发现了质量约为两倍太阳质量的重型中子星，这表明需要一定的硬度来支撑如此大的重量。在另一端，研究人员探测到了由质量约为 1.5 倍太阳质量的密度较低的成对中子星合并产生的引力波的震动。通过观察引力在恒星接近时引起的隆起（或不隆起），物理学家可以获得更多关于它们的大小和柔软度信息。至关重要的是，该团队还加入了从夸克和胶子理论推断出的数学计算，以预测中子星中的声速（硬度的另一个衡量标准）。
当淘汰赛结束时，幸存的模型给出了一个明确的答案：较小的中子星很可能是纯粹的中子。但是已知最重、濒临变成黑洞的中子星，其中心应该会变软——这是中子让位于夸克的明确标志。“如果它看起来像夸克物质，那么它很可能就是夸克物质，”库尔克拉说。
其他物理学家称赞该团队工作的彻底性。加州州立大学富勒顿分校的引力波研究员菲利普·兰德里（Philippe Landry）说：“这是第一篇真正将所有这些内容整合在一起，并大胆声称这些夸克物质核心几乎肯定存在的论文。这确实是在突破界限，迫使我们审视我们所知道的一切。”
然而，他并不完全相信这能完全结案。兰德里和他的同事们最近完成了一项类似的分析，该分析纳入了国际空间站对中子星的额外观测。他们的工作支持中子星中存在更快的声速，这表明其硬度可能使得夸克物质核心不太可能存在。
更大规模的中子星观测目录将有助于加强未来的此类分析。而改进的中子星理论将产生深远的影响，甚至对地球上更柔软的材料也是如此。
金和铂等我们熟悉的元素很可能在中子星碰撞中形成，这一理论得到了 2017 年由望远镜也捕捉到的引力波合并探测的验证。如果你佩戴任何贵金属首饰，它的原子很可能是在一次这样的碰撞中形成的，而它的夸克可能曾经存在于中子星的核心中。但兰德里说，有多少原子来自碰撞，有多少来自其他地方，取决于那个核心是酥脆还是粘稠。
