宇宙中可能存在被称为“奇夸克星”的极其致密和奇异的假想宇宙物体。 在天体物理学家继续争论夸克星是否存在的同时,一组物理学家发现,2019 年观察到的中子星合并的残余物恰好具有成为一个所需的质量。
当恒星死亡时,它们的核心收缩得如此之多,以至于它们变成了新型物体。 例如,当太阳最终熄灭时,它会留下一颗白矮星,这是一个由高度压缩的碳原子和氧原子组成的行星大小的球体。 当更大的恒星在称为超新星的灾难性爆炸中爆炸时,它们会留下中子星。 这些密度惊人的物体只有几公里宽,但它们的质量可能是太阳的数倍。 顾名思义,它们几乎完全由纯中子组成,实际上是千米长的原子核。
中子星非常奇异,以至于物理学家尚未完全了解它们。 尽管我们可以观察到中子星如何与其环境相互作用,并对表面附近的中子物质发生了什么做出一些很好的猜测,但它们的核心成分仍然难以捉摸。
问题是中子不完全是基本粒子。 虽然它们与质子结合形成原子核,但中子本身是由更小的粒子组成,称为夸克。
有六种类型,或 香气,夸克:上夸克、下夸克、顶夸克、底夸克、奇异夸克和魅力夸克。 一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。 如果你把太多的原子压扁在一起,它们就会变成一个巨大的中子球。 所以如果你把太多的中子挤在一起,它们会变成一个巨大的夸克球吗?
答案从“可能”到“很难”不等。 问题是夸克真的不喜欢独处。 束缚原子核中夸克的强核力实际上随着距离的增加而增加。 如果你试图将两个夸克拉在一起,将它们拉回来的力会增加。 最终,它们之间的引力能量变得如此之大,以至于真空中出现了新的粒子,包括新的夸克,它们很高兴地与分离的粒子结合在一起。
如果你想用构成中子的上夸克或下夸克创造一个宏观物体,那个物体会非常快速和非常猛烈地爆炸。
但也许有一种方法可以使用奇夸克。 就其本身而言,奇夸克相当重,当允许它们静止时,它们会迅速衰变成更轻的上夸克和下夸克。 然而,当大量夸克结合在一起时,物理学就会发生变化。 物理学家发现奇夸克可以与上下夸克结合形成三重态,称为 小明星,它可以是稳定的 - 但只有在极端压力下。
如果你过度压缩一颗中子星,所有的中子都会失去支撑恒星的能力,它就会爆炸形成一个黑洞。 但可能存在一个中间阶段,压力高到足以溶解中子并形成一颗奇怪的夸克星,但还不足以让引力接管。
天文学家并不期望在宇宙中发现许多奇怪的恒星,这些物体应该比中子星重但比黑洞轻,而且没有太多回旋余地。 而且由于我们不完全了解奇异恒星的物理学,我们甚至不知道奇异恒星存在的确切质量。
但一组天文学家最近研究了 GW190425,这是 2019 年观察到的由两颗中子星合并引起的引力波事件。 伴随着大量的引力波,中子星的合并导致千新星的形成,这是一种比普通新星更强大但比超新星更弱的爆炸。 尽管天文学家无法从该事件中检测到电磁信号,但他们在 2017 年观察到了一次类似的事件,该事件同时产生了引力波和辐射。
当两颗中子星合并时,根据它们的质量、自旋和碰撞角度,事件的发展有多种选择。 根据理论计算,中子星可以相互毁灭,形成黑洞,或者产生质量稍大的中子星。
根据一项新研究,这些宇宙碰撞可能导致一颗奇怪的夸克星的形成。
该团队估计,2019 年合并遗留下来的物体质量介于 3,11 到 3,54 个太阳质量之间。 根据我们对中子星结构的最佳理解,它的质量太大,应该爆炸成一个黑洞。 但它也在这些奇怪恒星的结构模型所允许的质量范围内。
现在说 190425 GW2019 是否是我们第一次观测到一颗带有奇怪夸克的稀有恒星还为时过早,但未来的观测(以及更多的理论工作)可能会帮助天文学家确定这些奇异生物之一的位置。
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