宇宙中或存在一種神秘天體:可能有助於解釋暗物質
2018年11月08日08:25

  新浪科技訊 北京時間11月8日消息,據國外媒體報導,宇宙中也許四處隱藏著一種奇特的天體,它們形同恒星,行為方式卻如同一顆巨大的原子。研究人員近日首次對這些奇特的“量子恒星”的形成方式進行瞭解釋。

  假如這些天體真的存在,也許有助於解釋暗物質(一種佔據了宇宙質量的27%、但不會發射光線的未知物質)。它們也許還是明亮、快速的宇宙射電暴的來源,而這種射電暴一直令天文學家困惑不解,甚至助長了外星文明之說。

  不同於普通恒星,這些所謂的“軸子星”(假設真的存在)並不會發光。它們的顏色十分黯淡,因為構成它們的假想粒子“軸子”很可能是一種暗物質。各種理論預測的軸子質量相差很大,但基本都認為軸子質量極輕,可能僅有質子的1031分之一。

  冰冷黯淡的恒星

  若軸子真的存在,它們幾乎不會發生相互作用。但如果引力能夠設法將它們聚集在一起,它們就會形成一個極為奇特、不同於任何恒星的緻密球體。這是因為軸子是一種玻色子,即光子所屬的一類粒子。

  在量子物理中,粒子的能量是離散的,即粒子處於特定的能量等級上。與電子和質子所屬的“費米子”不同,如果是玻色子,則多個粒子可以同時處於同一能級。在軸子星中(或者更寬泛地說,在玻色子恒星中),每個軸子都將處於最低能級上,因此整個恒星都會表現出相同的量子行為,如同一個巨大的粒子。

  這種奇特的物體又叫“玻色-愛因斯坦凝聚物”。科學家在實驗室中將原子冷卻到接近絕對零度,便可造出這種物質。這種凝聚物在實驗室中還可形成超流體,即摩擦力為零的流體。

  據該研究的共同作者、俄羅斯科學院核研究所物理學家迪米特里・勒夫科夫(Dmitry Levkov)介紹,此前曾有物理學家提出,軸子之間的引力太低,無法將其聚合為恒星。

  “須臾”之間即可形成軸子星

  但10月12日發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的最新計算機模擬結果顯示,軸子星其實很容易形成,具體還要取決於軸子的質量。如果是相對較重的QCD軸子,形成恒星約耗時10億年。(QCD軸子是最受物理學家推崇的暗物質“候選人”之一,因為它可以解決一個與強相互作用力相關的未解之謎。)

  而如果是一種極輕的軸子(質量約為QCD軸子的10萬萬億分之一),可能僅需1000萬年便可形成軸子星。

  “只要時間足夠長,僅靠引力就能形成玻色-愛因斯坦凝聚物,這點實在有趣,更何況這一時間並未超出宇宙的年齡。”華盛頓大學聖路易斯分校物理學家布帕爾・戴夫(Bhupal Dev)指出。他並未參與此次研究。

  勒夫科夫表示,此前的計算機模擬都是先從小塊軸子玻色-愛因斯坦凝聚物開始,讓這些小塊通過引力相互吸引、進而組合成軸子星。但在此次新模擬中,研究人員僅從一團分散的軸子雲著手,結果發現它們自己便可形成恒星。勒夫科夫稱:“看到這顆玻色-愛因斯坦恒星形成後,我們非常激動。”而隨著時間的流失,這顆恒星還會聚集更多的軸子,規模不斷增長。

  “這項研究做得不錯,”瑞典斯德哥爾摩大學物理學家塞巴斯蒂安・鮑姆(Sebastian Baum)評價道,“它為我們理解這類天體及軸子暗物質奠定了重要基礎。”

  鮑姆還指出,假如大部分暗物質都存在於這些恒星之內,其它地方的軸子就會更加罕見,在地球上用“軸子暗物質實驗”等探測器尋找軸子也會更加困難。

  軸子星自己也會生成可被探測到的信號。軸子會衰變成光子,因此軸子星只要發生一連串粒子反應,就會產生可被探測到的輻射。此外,若軸子星與中子星相撞,便會產生強大的射電輻射暴,這或許可以解釋令天文學家困惑不已的神秘快速射電暴。過去幾年間,天文學家探測到了數十次來源不明的強大宇宙射電信號。人們對此的解釋堪稱五花八門,外星文明便是其中之一。(葉子)

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