宇宙中真实有水滴？就是挥舞荧光棒的那种

发布时间：2023-06-08 09:32:58 所属栏目：外闻来源：

导读：在1967年8月6日，约瑟琳·贝尔（Jocelyn Bell）正在观察一支红笔在移动的记录纸上画出的波浪线——这是她用射电望远镜观察遥远的星系得到的博士课题数据。她注意到一个波浪线看起来很奇怪。贝尔现在

在1967年8月6日，约瑟琳·贝尔（Jocelyn Bell）正在观察一支红笔在移动的记录纸上画出的波浪线——这是她用射电望远镜观察遥远的星系得到的博士课题数据。她注意到一个波浪线看起来很奇怪。贝尔现在是牛津大学天体物理学客座教授，她在办公室里告诉我，那是一个“细小的杂峰”。这个“杂峰”是一系列间隔1.3秒的尖锐脉冲。贝尔接下来几个晚上都在持续观察它。

12月21日，在去度假之前，贝尔再次去查看数据。她发现了一个新的波浪线,和第一波浪线的波长相同,而且也是从银河系同一部分发出的。这让贝尔松了一口气：不可能有第二组外星人在同一时刻从天空的另一部分向地球发出信号。这些脉冲一定来自一种新的、未知的天体。

微小的半径和巨大的质量使贝尔、休伊什和同事们认为它是一个被理论家称为中子星的天体。几十年后的今天，天体物理学家仍然不知道这些天体内部究竟发生了什么。但是去年夏天，《天体物理学杂志快报》上发表了一篇引人注目的文章，贝尔等人报道了一颗比我们的太阳重2.35倍的中子星，这是已报道的最重的中子星。尽管并不是每个人都认可这一观点，但它仍在合理的范围内。被公认最重的中子星有2.08个太阳质量，还有几颗超过2个太阳质量——比一些理论家认为可能的更重。这使他们重新思考当物质被推向极限时会发生什么。

把直径140万千米的太阳质量塞进一个直径20千米的体积里，就会得到中子星。它是一个我们所知道最致密的物质,由平淡无奇的物质构成,仅仅比黑洞的密度小一点点。在我们的银河系中可能有几亿颗中子星。

物理学家认为中子星有点像鸡蛋，有壳（外壳）、外核（蛋清）和内核（蛋黄）。外壳由铁核组成，因为铁这种元素是核聚变过程的终点。如果向中子星的内层走，压力不断增加。核子（质子和中子）会被紧紧压在一起，使它们变成奇怪的形状。物理学家称这个区域为“核面团”。

到目前为止，中子星的物质组成虽然奇怪，但完全在物理学家在实验室中经常研究的条件范围内。再深入一点到内核，那里就是完全的谜团。中子星的核心比原子核更致密。理论家不知道那里的中子是否仍然完整，或者它们是否进一步分解成更小的粒子——夸克。极低温和超高压理论上可能导致一种夸克果冻状态的形成。

很难想象如何研究这种极端的物质，它按定义处在濒临坍塌成黑洞的边缘状态。但是，只需考虑两个数字：中子星的大小和质量，你就可以取得惊人的进展。这两个数字反映了内核重物质形态的可压缩性。为了描述这种可压缩性，物理学家提出了一种所谓的状态方程，它将密度与压力联系起来。有许多不同的模型提出不同的组成，每个模型——每个状态方程——都预测中子星的大小和质量之间存在某种特定关系。对于给定的密度，中子星越重，压力就必须越高。

科学家从多个方面解决这个问题。他们结合核理论和引力波、射电脉冲、X射线的实验观测。X射线数据是一项特别重要的新发展，来自美国航天局于2017年在国际空间站安装的NICER（Neutron Star Interior Composition Explorer，中子星内部组成探测器）仪器。达姆施塔特工业大学的研究人员阿希姆·施温克（Achim Schwenk）在分析NICER数据时说：“如果内核中有与中子和质子不同的物质，观察重中子星是看到它的迹象的最好机会。”

当中子星处于双星系统中时，中子星和它的伴星的运动对两个物体的质量都很敏感。其中一个物体是另一个物体的重量标尺，反之亦然。另一种方法是研究中子星碰撞时的变形程度。变形性告诉我们，当另一个中子星靠近时，引力和潮汐力压缩中子星有多困难。2017年，两个引力波探测器——美国的LIGO和意大利的Virgo——探测到了时空中微小的涟漪，创造了历史。这些涟漪是由两颗中子星相撞扰乱了宇宙的结构而引发的。就在上周，天文学家研究这一事件的余波时发现，早期的碎片，即“一团富含重金属的火球”，比预期更为对称。

核物理实验可以接近重复这些条件。一种方法是使用粒子加速器碰撞诸如金这样的重核，——例如，德国GSI海姆霍兹重离子研究中心的施韦里奥宁同步加速器18。碰撞是在飞米尺度上模拟中子星合并的过程。它们将物质压缩到原子核密度的几倍，模拟外核和内核的条件。施温克说，这些碰撞中关于状态方程的信息与天文物理学的约束非常一致。

在这种密度下，亚原子粒子的细节会表现出很大的不同。中子和质子通常被认为是相同大小的，实际上，在中子数大于质子数的原子核中略有不同——中子有一个附加的壳层，或者用行话来说是“皮肤”。皮卡雷维奇和他的合作者们认为，这层皮肤越厚，中子产生的压力就越大，对于给定的质量，中子星就会越大。由弗吉尼亚大学的肯特·帕施克（Kent Paschke）领导的一个实验小组在弗吉尼亚州纽波特纽斯的杰斐逊实验室测量了中子皮肤，以验证这一理论。当他们发现中子皮肤时，他们惊讶地发现，这些中子皮肤的质量比普通皮肤大得多。这些皮肤中的每一个都有一个电子，而不是一个原子。

约瑟琳·贝尔在1967年夏天的那个夜晚发现的奇怪的“碎片”永远改变了天文学。它为我们打开了一个窗口，让我们看到了宇宙中最极端的物质。中子星可能不是外星人，但寻找它们的组成同样引人入胜。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!