近日，我院天体物理研究所在零温有限密下的QCD物态方程和混杂星结构研究中取得进展，相关成果以“Study of Hybrid Stars with Nonstrange Quark Matter Cores”为题目发表在Astrophys.J. 980: 231, 2025；我院青年教师李程明为该论文的第一和共同通讯作者，郑州大学物理学院为论文第一单位。

作为大质量恒星演化晚期的可能产物之一，中子星内部密度极高，很可能出现解禁闭的夸克胶子等离子体，此时也被称为混杂星。而其温度相较于过高的密度可以用零温近似很好地描述，因此人们需要用量子色动力学（QCD）描述其中的强相互作用物质。受困于格点QCD的“符号问题”，目前低温高密下的QCD物态方程需要借助有效场论进行研究。在天文观测上，自2017年双星并合引力波事件GW170817发生以来，人们进入了“多信使”天文时代。中子星的潮汐形变参数和其质量、半径等天文观测结果一起，为人们研究和约束零温有限密下的QCD物态方程提供了机遇。

该研究中，我们采用改进的Nambu-Jona-Lasinio (NJL)模型研究了零温有限密下的QCD物态方程。借助零密有限温下格点QCD对手征相变临界温度的模拟结果，模型参数被很好地限制。在强子-夸克解禁闭相变为一级相变的情况下，我们将APR模型描述的强子物态方程与夸克物态方程进行Maxwell衔接得到混杂物态方程。通过求解TOV方程，我们得到了混杂星的质量-半径关系和潮汐形变参数。结果表明，相较于经典NJL模型，改进NJL模型下的最大中子星质量要轻0.1倍太阳质量，且非奇异夸克物质核心较小，仅占0.026-0.04倍太阳质量。据此推断，GW170817事件中的双星应为强子星而非混杂星。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、河南省自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adaf9a

图一：流夸克质量m=7.5MeV时格点QCD计算的手征相变临界温度对参数G_1的限制（左）和强子与夸克物态方程（右）。可以看到与经典NJL模型计算结果相比，考虑格点QCD模拟结果约束的改进NJL模型与之有较大的差异。

图二:流夸克质量m=7.5MeV时非奇异夸克星与强子-夸克混杂星质量半径关系（左）与潮汐形变参数（右）。由于夸克物态方程较软，纯夸克星最大质量无法满足两倍太阳质量的天文观测约束，而混杂星质量-半径关系曲线和潮汐形变参数满足目前相关的天文观测约束。相对于经典NJL模型，改进NJL模型得到的最大混杂星质量较之轻0.1倍太阳质量。