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比黑洞还不可思议,宇宙中的这种天体每一个都是一个巨型原子

物理学家预言存在“宏原子”天体。

小说家刘慈欣在其科幻作品《球状闪电》中描写过一种巨大的肉眼可见的“宏原子”。这当然是小说家言。但最近一些科学家根据计算机模拟结果发现,宇宙中还真的有可能存在一种类似的天体。它们个头如恒星,但却不会发光,整体上的特点如同一个巨大无比的原子。这种奇特的量子天体名叫“轴子星”。

“轴子星”是由一种目前仅存在于假说中的粒子——轴子组成的。轴子是暗物质的主要候选者之一。不同的理论分支对轴子的质量有不同的预言,但总体上认为轴子是一种质量非常小的粒子。

轴子之间很难发生相互作用,但是如果它们之间能够通过引力发生联系,就会形成一种具有奇异特性的致密球体。轴子形成的天体和一般恒星截然不同,因为轴子是一种玻色子。玻色子是基本粒子中的一类,光子也属于玻色子。

在量子物理学中,粒子的本质是一份一份的能量,每一种粒子都有特定的能量级。玻色子的特别之处在于,多个玻色子可以同时处于相同的能量级上;这一点和另外一类粒子——包括电子和质子在内的费米子不一样。因此在玻色子星,亦即轴子星的内部,每一个轴子都处在最低的能量级上,这导致整颗轴子星具有一致的量子行为,表现得就像一个巨大的单一粒子。

组成轴子星的物质处于“玻色-爱因斯坦凝聚态”,物理学家曾在实验室里,通过把原子冷却到接近绝对零度,得到过这种物质状态。在实验室里,这类凝聚态物质还能够形成超流体——一种流动起来阻力为零的奇特流体。

一直以来,一些物理学家认为轴子间的引力太弱,无法聚集成天体。但是最近一篇发表在《物理学评论通信》上的论文宣称,宇宙中存在轴子星的可能性并不是没有。前提是要看轴子的质量究竟是多少。

计算机模拟结果显示,如果轴子的质量非常大,如QCD轴子所预言的那样,那么形成一颗轴子星所需的时间,大约是10亿年。而如果轴子的质量非常小,那么形成一颗轴子星只需1000万年左右。无论是10亿年还是1000万年,都比宇宙当前的年龄要小。

新的模拟以类似于气体的松散轴子为起始状态。在只有引力作用的情况下,这些分散的轴子最终凝聚在了一起。而当这些“玻色-爱因斯坦星”成型后,还能够继续吸附轴子,继续增大。

假如宇宙中的暗物质大部分是以这种方式储存在这种奇异天体的内部,那么我们在地球上检测不到轴子这种类型的暗物质粒子也就不奇怪了。

轴子星虽然不直接发光,但也能够产生一些可供检测的信号。轴子会衰变为光子,轴子星内部的一系列粒子反应能够产生可感的辐射。轴子星若是不幸和中子星发生碰撞,会引发强烈的射电暴——这或许还能解释神秘的快速射电暴从何而来。近年来天文学家在太空中发现的一系列来源不明的强烈无线电信号引发了很多猜想。有天文学家认为它们来自外星文明。

参阅:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.151301

星空天文系头条号签约作者

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