理化學研究所的研究人員在計算中預測，來自合併的中子星的引力波信號中的明顯特徵可以揭示出在這種合併過程中產生的極端壓力下物質會發生什麼。打一個比方，如果你拿一些水，用一個活塞將其壓縮，它將隨著分子被推到一起而縮小。如果你繼續加大壓力就會達到一個點，在這個點上，原子會崩潰並形成一個由中子和質子組成的超密集的湯。

由兩顆中子星之間的合併產生的引力波可以揭示出通過這種合併產生的自由夸克。資料來源：美國宇航局戈達德太空飛行中心/CI實驗室

日本理化學研究所的研究人員提出，來自中子星合併的引力波信號可能揭示了超密集夸克膠子物質的存在。通過模擬這些合併並分析由此產生的引力波，他們提出，在未來十年內到期的下一代探測器可以證實這一理論。

宇宙中唯一發生這種情況的地方是中子星，即燃燒殆盡的恆星的坍縮殘餘物，它產生了令人難以置信的密度–一茶匙這樣的材料重達幾千億公斤。

但是，如果你繼續進一步增加壓力會發生什麼？甚至天體物理學家也不知道這個問題的答案。中子星中心的密度比原子核的密度高三到五倍；這是黑洞形成之前可以達到的最高密度。沒有人知道在這種極端密度下物質會發生什麼。

一種理論認為，中子和質子的超密集湯將分解成夸克和膠子的湯–物質的最基本構成部分。

“一些研究人員認為，夸克相將出現在中子星的中心，”理研天體物理大爆炸實驗室的Shigehiro Nagataki說。”但這是一個猜想”。

發現這種奇怪的物質形式是否存在的一個有希望的方法是通過使用引力波探測器觀察兩個中子星的合併。

如果它確實存在，那麼質子和中子在合併過程中如何解體為它們的組成夸克有兩種可能性。它們可能經歷一個尖銳的轉變，就像液態水在正常壓力下的沸點變成水蒸氣一樣。或者可能有一個模糊的轉變，類似於水在高於臨界點的壓力下變成水蒸氣的方式。

現在，Nagataki和他的同事們觀察到兩顆中子星之間的合併，併計算了它們所產生的引力波，以探索第二種可能性。來自中子星合併的引力波的頻率通常取決於中子星旋轉的速度。較大的中子星通常旋轉較慢，反之亦然。研究小組發現，通過分析中子星引力波的頻率，應該可以探測中子星中是否存在夸克相。如果它確實存在，引力波也可以揭示夸克相如何出現。

雖然目前的引力波探測器不能探測到這一點，但將在未來十年左右上線的下一代探測器應該能做到。

Nagataki說：”想到我們應該能夠通過探測引力波來探測這種類型的轉變，這真是令人驚訝。”