劇情簡介
2022 年 10 月一篇發(fā)表在《自然天文學》的文章表示：天學家在一個超新遺跡中發(fā)現(xiàn)了一非常奇怪的中子。它的質(zhì)量異常小，已經(jīng)超過了知的中子星下限對此要么是現(xiàn)有中子星模型需要善，要么它可能本就不是個中子，而是一顆奇異，比如夸克星。質(zhì)量恒星在死亡往往會經(jīng)歷超新爆發(fā)，爆發(fā)拋射的物質(zhì)在向外膨的過程中會與星介質(zhì)相互作用，而形成星云狀的殊天體，這被稱超新星遺跡（SNR）。最有名的超新星遺跡應(yīng)該要距離我們 6500 光年的蟹狀星云了，它中間那脈沖星就是九百年前爆炸后殘留來的中子星。蟹星云及中心的脈星中子星作為大量恒星的殘骸，的質(zhì)量通常不低 1.44 倍太陽質(zhì)量，也就是德拉塞卡極限。果低于這個質(zhì)量那么致密星一般是一顆沒有經(jīng)歷超新星爆發(fā)的白星，就像我們太將來的結(jié)局。由子簡并壓支撐的矮星對于中子星研究其中一個難在于對距離的測。比如今天說的個超新星遺跡（HESS J1731-347），之前人們計算它應(yīng)位于一萬多光年。但是最近人們現(xiàn)了這里隱藏了外一顆亮星，于研究人員利用歐局的蓋亞望遠鏡據(jù)，重新計算了片遺跡的距離。果發(fā)現(xiàn)它比我們象的要近得多，約只有八千多光。超新星遺跡 HESS J1731-347這個結(jié)果直接影響到之對中子星的特征算。于是研究人結(jié)合牛頓 X 射線望遠鏡數(shù)據(jù)，新計算了該中子的特征。結(jié)果是這顆中子星的質(zhì)僅僅只有 0.77 倍太陽質(zhì)量，半徑大約 10.4 公里。這個結(jié)果表示了它與已的所有中子星都一樣，這意味著么我們現(xiàn)有的中星模型存在問題要么它是一顆未的奇異星，比如克星。但是目前于夸克星還沒有較靠譜的理論和型，甚至在很多況下，有些中子被認為符合夸克的一些特征。我知道，上世紀 60 年代天文學家發(fā)現(xiàn)了預言中的沖星，也就是旋中的中子星。第顆發(fā)現(xiàn)的脈沖星 CP1919那個時候人們對于比子更小的夸克結(jié)還沒有太多的認，只知道中子簡壓可以在電子簡壓之后繼續(xù)抵抗星的引力塌陷。中子簡并壓支撐中子星如果恒星骸的質(zhì)量再大一，突破了奧本海極限，那么中子并壓也會扛不住于是恒星就只能續(xù)坍縮直至成為洞。但是在中子和黑洞之間，是還有中間過程，前科學界任然沒確切答案。黑洞中子星（假想圖甚至對于中子星說，目前我們也有完全搞清楚它體的物質(zhì)形態(tài)。為中子星的內(nèi)部構(gòu)取決于此時物的狀態(tài)方程。但關(guān)于核子間的相作用模型，至今然存在不確定性尤其是在中子星核部位這種超高度環(huán)境中，在那物質(zhì)的組成狀態(tài)能會發(fā)生變化，將使得物質(zhì)可能現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和狀，反映在狀態(tài)方上就是會出現(xiàn)更的自由度。不同狀態(tài)方程給出的子星結(jié)構(gòu)大相徑，但當今主流的型都認為在中子的內(nèi)核中應(yīng)該存特殊的物質(zhì)形態(tài)比如超子物質(zhì)。時我們所熟知的質(zhì)子、中子構(gòu)成物質(zhì)，其內(nèi)部都由第一代費米子上下夸克組成的而超子除了上下克外，還至少含一個第二代費米 —— 奇夸克。在一些夸克星模中，這里的奇夸可能來源于中子的下夸克，這些夸克在變?yōu)槠婵?的過程中伴隨著大的能量釋放。可以在一定程度彌補了傳統(tǒng)中子模型對超新星爆能量來源的解釋在這種模型里，子星內(nèi)部不僅有含奇夸克的超子質(zhì)，還可能存在些突破夸克禁閉自由夸克物質(zhì)。以看出，中子星夸克星其實并沒明確的界限，它只是側(cè)重點不同模型。中子星并是單純完全由中構(gòu)成的天體，夸星也不是完全由由夸克組成的夸球，它們可能都著復雜的內(nèi)部結(jié)和物質(zhì)形態(tài)。不中子星和夸克星是有一些區(qū)別，如對于中子星來，它的質(zhì)量和半的立方成反比，就是質(zhì)量越大中星的個頭越小。M ∝ 1/R3因為質(zhì)量越大引力大，物質(zhì)越容易拉向中心。而中星的半徑存在一下限，大約是 10 公里。倘若質(zhì)量再大些的話，子星則會被壓縮黑洞。所以一個型的中子星的質(zhì)范圍通常在錢德塞卡和奧本海默限之間，也就是約 1.4~3 倍太陽質(zhì)量。但于夸克星來說，的質(zhì)量與半徑的方成正比，也就質(zhì)量越大個頭越。M ∝ R3雖然和傳統(tǒng)的中子模型相比，夸克內(nèi)部除了強大的力束縛外，還有子間的強相互作束縛，理論上更致密。但是對于克星來說，它在量構(gòu)成方面和傳的中子星等天體在很大不同。之說過，一般情況希格斯機制只提了物質(zhì)的很小一分質(zhì)量。物質(zhì)的大部分質(zhì)量來源實是夸克膠子間各種相互作用賦的。但對于夸克這種奇異物質(zhì)來，它已經(jīng)沒有了克禁閉這種正常物質(zhì)結(jié)構(gòu)，那么克星的實際質(zhì)量模型中將需要被新修正。另外和子星不同的是，10 公里對于中子星來說是半徑的限，但對于夸克來說 10 公里則成了半徑的上，而夸克星的半下限可能壓根不在。這意味著某意義上夸克星的圍非常寬泛，甚如果有游蕩在星間的微小奇異物，你都可以稱其“夸克星”。如形成一個夸克星？通常情況下除由中子星演變來外，夸克星也可由其他大質(zhì)量恒直接演化而成。如一些紅超巨星由它們演化成的 II 型超新星或沃爾夫-拉葉星，都可能會發(fā)展成克星。目前有不屬性異常的中子都被懷疑可能是克星。除了今天的這個，像是已距離我們最近的子星（RX J1856.5-3754），它也是因為個頭太小而被為可能是一顆夸星。RX J1856.5-3754還有位于仙后座的這顆毫秒脈沖 3C58，它因為異常高的冷卻率而無法用中子模型來解釋，因也被懷疑是一顆克星。3C58還有位于大麥哲倫系中的 SN 1987A，它是 1987 年在蜘蛛星云外圍發(fā)現(xiàn)一次超新星爆發(fā)但是奇怪的地方于，迄今為止人在這里都沒有找那顆坍縮后的中星。為此天文學們提出了各種猜來解釋這顆失蹤中子星，其中一說法就是它可能為了一顆夸克星還有歷史上最亮超新星 SN 2005ap 和 SN 2006gy，它們在亮度方面表現(xiàn)得非常異，是一般的 II 型超新星亮度的幾百倍。這足訾異明亮的超新星意著那里有著大量外能量存在，這讓人懷疑那里或誕生了某種夸克。SN 2005apSN 2006gy所以夸克星存在嗎？正如剛所說，現(xiàn)階段我對夸克星（包括子星）了解得還常有限，目前沒一個統(tǒng)一的靠譜型可以解釋所有象。即使宇宙中的存在夸克星這天體，相信它也會是某一天突然我們發(fā)現(xiàn)。而應(yīng)會像中子星和黑一樣，是隨著科的發(fā)展，認識不地深入，從而逐被人們接受的一新概念而已。本來自微信公眾號Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
王成剛
賴慧中
劉仕裕
