中子星是宇宙中密度最大的天体之一，如果我们半径为70万公里的太阳是一颗中子星，那么它的质量将被凝聚成半径约为12公里近乎完美的球体。当两颗中子星碰撞并合并成一颗超大质量中子星时，新天体核心中的物质变得非常热和致密。根据物理计算，这些条件可能导致强子，如中子和质子，溶解到它们的夸克和胶子成分中，从而产生夸克-胶子等离子体。
2017年首次发现合并中子星发出的引力波信号，该信号不仅提供了有关引力性质的信息，还提供了有关物质在极端条件下的行为信息。然而，当这些引力波在2017年首次被发现时，它们并没有被记录到汇合点以外。这就是法兰克福物理学家的研究开始的地方，他们模拟了合并中子星和合并的产物，以探索从强子到夸克-胶子等离子体转变的条件，以及这将如何影响相应的引力波。
结果是：在合并的特定后期阶段，发生了到夸克-胶子等离子体的相变，并在引力波信号上留下了明显的特征信号。歌德大学卢西亚诺·雷佐拉(Luciano Rezzolla)教授对此深信不疑：与之前的模拟相比，我们在引力波中发现了一个明显更清晰的特征。如果这个特征出现在中子星合并中接收到的引力波中，将有一个明确的证据，证明目前的宇宙中存在夸克-胶子等离子体。
探测到GW170817中子星双星系统中的引力波，为研究核饱和密度以上物质的性质打开了一扇新窗口。密度达到核物质的几倍，温度高达100 MeV，这样的合并也代表着从受限强子物质到非禁闭夸克物质的相变(PT)潜在地点。虽然在GW170817中缺乏合并后的信号，使得无法对这种情况进行实验评估，但两项理论研究已经探索了中子星双星系统合并中PTS的合并后引力波特征。
研究通过呈现PT发生的新特征来扩展和完善这幅图，更具体地说，使用完全广义相对论流体动力学模拟，并采用包括PT的适当构造的状态方程，提出了“延迟PT”的出现，即合并后一段时间才发展起来的PT，并产生具有夸克物质核心的亚稳天体，即超质量混合星。因为在这种情况下，合并后的信号，显示出两个截然不同的基本引力波频率（PT之前和之后）相关的信号，有望成为迄今为止最强和最干净的信号之一，也是目前宇宙中产生夸克物质的最好信号之一。
博科园｜研究/来自：美因河畔法兰克福歌德大学
研究发表期刊《物理评论快报》
关注【博科园】看更多大美宇宙科学
