大爆炸遗迹深藏坍塌恒星心脏
中子星是已知宇宙中最极端的天体之一。在超新星爆炸中大质量恒星核心剧烈坍塌产生，它们将大于太阳的质量压缩成城市大小的球体，产生如此极端的密度，以至于其内部物质的本质仍不确定。现在，越来越多的理论和观测证据表明，中子星核心可能含有一种自宇宙仅有千分之一秒时以来就未曾自由存在的物质状态：quark-gluon plasma（夸克-胶子等离子体），即大爆炸的原始物质。
Quark-gluon plasma是宇宙年龄不足百万分之一秒、温度超过数万亿度时存在的物质相。在这些条件下，夸克——质子和中子的基本成分——不被束缚在复合粒子内，而是作为自由粒子存在于炽热、密集的物质汤中，与传导强核力的胶子混在一起。随着宇宙冷却，夸克被永久束缚在质子、中子和其他强子内，quark-gluon plasma在自然条件下不再作为自由相存在。
但在中子星内部可能例外。计算表明中子星核心的密度可能足够高，足以溶解单个核子之间的边界，重现夸克自由漫游的条件——形成一种冷的、密集的夸克物质形式，不同于早期宇宙的炽热等离子体，但遵循相同的基本物理规律。证实这一点将代表现代天体物理学和核物理学最重大的发现之一。
迄今为止的证据
中子星内部quark matter的证据来自多个间接方向，单独看都不具有决定性。最有力的约束来自LIGO和Virgo对中子星合并时释放的引力波的观测。当两颗中子星相互盘旋并融合时，它们发出的引力波携带有关恒星内部结构的信息——特别是它们在彼此引力场中的形变能力，这个特性叫做潮汐形变性。标志性的GW170817事件中测得的潮汐形变性约束了中子星状态方程的方式，一些理论模型表明这些约束最自然的解释就是恒星核心中存在夸克物质。
对中子星质量和半径的X射线观测提供了补充约束。国际空间站上的NICER仪器已经以足够的精度测量了几颗中子星的大小，从而约束了它们的内部结构。质量和半径的联合测量可以排除某些理论状态方程，偏好其他方程，缩小可能内部成分的范围。目前的NICER数据并未决定性地识别出夸克物质，但与它在最密集的已知中子星中的存在一致。
挑战在于中子星内部无法直接观测，关于中子星密度物质行为的理论计算极其困难。量子色动力学（QCD）——管控夸克和胶子相互作用的理论——可以在原子核密度和早期宇宙quark-gluon plasma的极端密度下使用lattice QCD方法进行计算，但对应于中子星核心的中间密度仍处于当前理论方法不可靠的范围。这种不确定性并非物理学的失败，而是计算的真正前沿。
