中国科学(物理学 力学 天文学)2024,Vol.54Issue(8) :27-48.DOI:10.1360/SSPMA-2023-0424

从地震到星震

Quakes:From the Earth to Stars

路瑞鹏 高勇 胡岩 来小禹 李洪波 卢吉光 邵立晶 王平 汪卫华 王维扬 夏铖君 胥恒 徐仁新 徐世庆 岳汉 赵里 郑小平 周恩平 邹远川
中国科学(物理学 力学 天文学)2024,Vol.54Issue(8) :27-48.DOI:10.1360/SSPMA-2023-0424

从地震到星震

Quakes:From the Earth to Stars

路瑞鹏 1高勇 2胡岩 3来小禹 4李洪波 2卢吉光 5邵立晶 2王平 6汪卫华 7王维扬 8夏铖君 9胥恒 4徐仁新 2徐世庆 10岳汉 1赵里 1郑小平 11周恩平 12邹远川12
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作者信息

  • 1. 北京大学理论与应用地球物理研究所,北京 100871
  • 2. 北京大学科维理天文与天体物理研究所,北京 100871
  • 3. 中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥 230026
  • 4. 湖北第二师范学院天文学研究中心,武汉 430205
  • 5. 中国科学院国家天文台,北京 100101
  • 6. 中国科学院高能物理研究所,北京 100049
  • 7. 温州大学数理学院,温州 325035
  • 8. 中国科学院大学天文与空间科学学院,北京 100049
  • 9. 扬州大学引力与宇宙学研究中心,扬州 225009
  • 10. 南方科技大学地球与空间科学系,深圳 518055
  • 11. 华中科技大学物理学院天文系,武汉 430074;华中师范大学天体物理研究所,武汉 430079
  • 12. 华中科技大学物理学院天文系,武汉 430074
  • 折叠

摘要

探索强引力场情形下致密物质的存在形式伴随着人类认识和发展量子论与引力论的历程,也是当今天文学和物理学领域的热点话题.主序恒星耗尽自身核能源后将会残留这类物质构成的致密天体,进而为多信使天文学提供可靠的观测目标.若致密天体的质量不够大、自引力不足以强到塌缩成黑洞,则星核所有原子核可能会挤成一团而表现为"巨核",即观测到的脉冲星.限于低能强相互作用的认识,虽然尚未定论这类极致密物质的本质,但是有明确的观测证据表明丰富的极端天体物理事件(如伽马射线暴、快速射电暴等)跟巨核紧密相关.值得注意的是,脉冲星往往具有固态的组成部分,在内部应力积累达到某个临界值时将会自然地发生星震.这一事件很可能跟地震类似,并诱发天体的剧烈活动.在回顾了致密星的研究历史和争议后,本文简述地震现象,探讨地震与星震的相似性,进而介绍与脉冲星相关的众多观测现象以及星震的理论模型,最后总结并展望相关研究的未来.希望此文能够促进地震学和天体物理学的交叉融合,期待借助于更高精度多信使天文观测最终揭晓巨核的本质,从而加深关于低能强力的理解.

Abstract

Investigation of the state of dense matter,especially at the supranuclear density,is closely linked with our understanding of the nature of quantum and gravity.It is still a hot topic in the new era of multi-messenger astronomy.The compact objects formed from this dense matter are the remains of massive stars left after the exhaustion of their nuclear energy,providing reliable targets for astronomical telescope observations.All nuclei within the core of a star compress together into a"gigantic nucleus",to be manifested in the form of a pulsar if the mass is not so large that its self-gravity can be strong enough to collapse into a black hole.Currently,no definitive opinion on the nature of dense matter exists because of the lack of understanding about the rich effects of nonperturbative strong interaction at low energy.However,clear observational evidence demonstrates that many extreme astrophysical events,such as gamma ray bursts and fast radio bursts,are closely related to gigantic nuclei.Solid components exist in pulsars,enabling starquakes to occur when stress exceeds a critical value.The starquakes are analogous to earthquakes on Earth and can further trigger explosive astrophysical activities.In this article,we first review the historical notes on dense matter and briefly discuss the physics of earthquakes,relevant theories,and the similarities between earthquakes and starquakes.We then introduce the observational aspects related to pulsars and present a theoretical model for starquakes and an outlook for future studies.We hope that our effort will lead to more interdisciplinary collaborations between seismological and astrophysical communities so that the nature of gigantic nuclei can be revealed using advanced multi-messenger observations.This knowledge will help further understand the fundamental strong force at low energy using gigantic nuclei.

关键词

脉冲星/地震/星震/核物质/全球地震

Key words

pulsars/earthquakes/asteroseismology/nuclear matter/free oscillations

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基金项目

科技部平方公里阵列射电望远镜专项(2020SKA0120100)

中国科学院战略性先导科技专项(XDB0550300)

中国科学院战略性先导科技专项(XDB42020104)

国家自然科学基金(42074048)

出版年

2024
中国科学(物理学 力学 天文学)
中国科学院

中国科学(物理学 力学 天文学)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.644
ISSN:1674-7275
参考文献量5
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