寻找中子星和黑洞之间的奇异星

作者: Zwikcy

来源: 原理

发布日期: 2015-11-18

文章探讨了恒星在生命末期的三种可能结局:白矮星、中子星和黑洞,并深入分析了中子星和黑洞之间的奇异星——夸克星和弱电星。文章指出,随着量子力学的发展,科学家提出了夸克星和弱电星的概念,这些理论恒星的发现将为宇宙领域的研究开启新的篇章。

一颗恒星在它生命的尽头根据其自身质量的大小可以演化成三个结局:白矮星、中子星或者黑洞。如果一颗恒星在它产生超新星爆发之前足够的致密,恒星的残骸就有可能形成一颗中子星。如果情况是这样,恒星的温度会极度的高,以及拥有超高的密度。由于拥有如此之多的物质和能量,中子星尝试进一步的坍缩形成一个黑洞,但是由于泡利不相容原理,因此中子星内部的中子无法压缩到同一个量子态,从而产生巨大的简并压力,在这里即中子简并。

中子星自身向内的引力和向外的中子简并压力会达到一个平衡。

几十年来,天文学家一直认为中子星会一直保持这样的平衡状态。但是随着量子力学的不断发展,天文学家提出一种新型的恒星。如果中子星的质量太大,那么中子简并压力就无法抵挡向内的引力,这样的情况下会发生什么呢?科学家称这种新型恒星为夸克星。为了防止中子星进一步坍缩,这时中子就会分裂成组成它的夸克,也就是一个上夸克和两个下夸克。

关于夸克星是如何形成的天体物理学家还在争议中。有些理论认为大质量恒星最终的结局必然是中子星或者黑洞,而夸克星或许是填补两者之间的一个可能。当然,还有更疯狂的想法。宇宙间存在一些致密的奇异物质包,这些奇异物质被包含在大质量弱相互作用粒子(WIMPs,暗物质候选之一)中,并直接撞上中子星,在中子星的核心“种下了”奇异物质,并开始转换。

如果这样的情况发生,中子星会保留它的中子物质外壳,使它看起来仍然是中子星,但是拥有着一个奇异物质核。虽然天文学家尚未找到任何夸克星的证据,但或许很多已观测到的中子星其实就是夸克星。

在夸克星看起来是恒星在坍缩形成黑洞前的最后一步,然后,物理学家由提出了另一个理论恒星可以存在于夸克星和黑洞之间。科学家将这样的恒星称为“弱电星”,在理论上,由于弱相互作用力和电磁力之间的复杂相互作用,弱电星其实是可以维持自身的平衡。

在弱电星内,其核心的密度极端的高,在如此的高压和高能下弱相互作用力和电磁力“混合”在一起(即弱电力),它们不能被区分开了。在这样的能量等级下,在核心,夸克会溶解成轻子,比如电子和中微子。核心大多数的奇异物质会转变为中微子(这些中微子无法像太阳辐射出的中微子一样穿梭在空间之中并“轰炸”我们的身体,它们无法逃离。),并释放足够的能量足以抵抗引力以防止恒星进一步坍缩。

弱电星也是宇宙中最致密的物体之一,弱电星的核心只有苹果大小,但是却有两倍的地球质量,这使它比任何观测到的恒星还致密。科学家之所以对弱电星如此兴趣,使因为弱电星核心的环境堪比宇宙大爆炸后十一分之一秒时的情形。在那个时候弱相作用力和电磁力没有区别。但是我们很难模拟宇宙大爆炸后的情形,而找到弱电星则会为宇宙领域的研究开启一个新的篇章。

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