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宇宙中或许存在一种神秘天体,能帮助我们解释暗物质

来源:新浪科技 发布于2018/11/09

  据国外媒体报道,宇宙中也许四处隐藏着一种奇特的天体,它们形同恒星,行为方式却如同一颗巨大的原子。研究人员近日首次对这些奇特的“量子恒星”的形成方式进行了解释。
  假如这些天体真的存在,也许有助于解释暗物质(一种占据了宇宙质量的27%、但不会发射光线的未知物质)。它们也许还是明亮、快速的宇宙射电暴的来源,而这种射电暴一直令天文学家困惑不解,甚至助长了外星文明之说。
  不同于普通恒星,这些所谓的“轴子星”(假设真的存在)并不会发光。它们的颜色十分黯淡,因为构成它们的假想粒子“轴子”很可能是一种暗物质。各种理论预测的轴子质量相差很大,但基本都认为轴子质量极轻,可能仅有质子的1031分之一。
  冰冷黯淡的恒星
  若轴子真的存在,它们几乎不会发生相互作用。但如果引力能够设法将它们聚集在一起,它们就会形成一个极为奇特、不同于任何恒星的致密球体。这是因为轴子是一种玻色子,即光子所属的一类粒子。
  在量子物理中,粒子的能量是离散的,即粒子处于特定的能量等级上。与电子和质子所属的“费米子”不同,如果是玻色子,则多个粒子可以同时处于同一能级。在轴子星中(或者更宽泛地说,在玻色子恒星中),每个轴子都将处于最低能级上,因此整个恒星都会表现出相同的量子行为,如同一个巨大的粒子。
  这种奇特的物体又叫“玻色-爱因斯坦凝聚物”。科学家在实验室中将原子冷却到接近绝对零度,便可造出这种物质。这种凝聚物在实验室中还可形成超流体,即摩擦力为零的流体。
  据该研究的共同作者、俄罗斯科学院核研究所物理学家迪米特里·勒夫科夫(Dmitry Levkov)介绍,此前曾有物理学家提出,轴子之间的引力太低,无法将其聚合为恒星。
  “须臾”之间即可形成轴子星
  但10月12日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的最新计算机模拟结果显示,轴子星其实很容易形成,具体还要取决于轴子的质量。如果是相对较重的QCD轴子,形成恒星约耗时10亿年。(QCD轴子是最受物理学家推崇的暗物质“候选人”之一,因为它可以解决一个与强相互作用力相关的未解之谜。)
  而如果是一种极轻的轴子(质量约为QCD轴子的10万万亿分之一),可能仅需1000万年便可形成轴子星。
  “只要时间足够长,仅靠引力就能形成玻色-爱因斯坦凝聚物,这点实在有趣,更何况这一时间并未超出宇宙的年龄。”华盛顿大学圣路易斯分校物理学家布帕尔·戴夫(Bhupal Dev)指出。他并未参与此次研究。
  勒夫科夫表示,此前的计算机模拟都是先从小块轴子玻色-爱因斯坦凝聚物开始,让这些小块通过引力相互吸引、进而组合成轴子星。但在此次新模拟中,研究人员仅从一团分散的轴子云着手,结果发现它们自己便可形成恒星。勒夫科夫称:“看到这颗玻色-爱因斯坦恒星形成后,我们非常激动。”而随着时间的流失,这颗恒星还会聚集更多的轴子,规模不断增长。
  “这项研究做得不错,”瑞典斯德哥尔摩大学物理学家塞巴斯蒂安·鲍姆(Sebastian Baum)评价道,“它为我们理解这类天体及轴子暗物质奠定了重要基础。”
  鲍姆还指出,假如大部分暗物质都存在于这些恒星之内,其它地方的轴子就会更加罕见,在地球上用“轴子暗物质实验”等探测器寻找轴子也会更加困难。
  轴子星自己也会生成可被探测到的信号。轴子会衰变成光子,因此轴子星只要发生一连串粒子反应,就会产生可被探测到的辐射。此外,若轴子星与中子星相撞,便会产生强大的射电辐射暴,这或许可以解释令天文学家困惑不已的神秘快速射电暴。过去几年间,天文学家探测到了数十次来源不明的强大宇宙射电信号。人们对此的解释堪称五花八门,外星文明便是其中之一。

 

 

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