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看不见的幽灵恒星——暗物质恒星

 大科技杂志社 2022-09-04 发表于海南

不久前,科学家冒出这样一个想法:暗物质有可能已经形成了恒星,只是我们“看不见”。这一想法并非无中生有,而是有着科学证据的。

  暗物质其实就在身边?

  首先,我们需要了解科学家是如何寻找暗物质的。寻找暗物质的方法之一,那就是建造氙气实验室。在这个实验室里,一个特殊的容器里装着液态氙,形成一个陷阱。如果某种粒子跑到陷阱里,撞到里面的氙原子,那么这颗原子会被撞出电子和光子,同时那颗神秘的粒子会因失去能量而被困在陷阱中,被撞出的电子就叫做反冲电子。科学家就是通过检测反冲电子,来判断有没有粒子闯入,进而再进一步寻找闯入的粒子。

  2020年6月的一天,寻找暗物质的意大利格兰萨索国家实验室中的氙气实验正像往常那样运行,然而意外发生了,科学家在进行反冲电子统计时,发现反冲电子事件一共发生了285次。

  对于反冲电子事件异常的现象,科学家有三种解释。第一种是太阳风粒子的闯入。第二种是陷阱被实验里的放射性物质给污染了。第三种解释最为新颖,那就是反冲电子事件的异常是由某种玻色子导致的。

  根据量子理论,宇宙的粒子只分为两种:玻色子和费米子。电子是费米子的典型,光子是玻色子的典型。在理论上有一种叫做轴子的还没被发现的玻色子,它会被光子直接穿过,同时又具有引力,而这两个特性跟暗物质的相似。因此,科学家还推测轴子可能就是暗物质本身。

  如果轴子确实是暗物质,那么科学家不仅可以找到新的玻色子,还同时找到了暗物质,这简直就是一石二鸟。只是,科学家还不敢轻易地下定论,因为他们不久前刚把轴子踢出了暗物质的候选名单。另外,尽管第三种解释非常吸引人,但是第一和第二种解释也非常有说服力。所以参与氙气实验的科学家正在等其他同行在排除前两种可能性之后,发现同样的现象。

  然而在此期间,天文学家却回应了,他们认为第三种解释可以站得住脚,因为他们在不久前发现了一个奇怪的黑洞。

  “透光”的黑洞

  2019年,美国的激光干涉引力波天文台(简称LIGO)探测到了两个黑洞合并时的引力波。然而这股引力波有些奇怪。根据以往的理论,普通物质的黑洞在碰撞合并时,会经历以下三个阶段:第一个阶段,由于距离过远,两个黑洞会先相互缓慢靠近;第二和第三阶段则分别是合并以及形成新的黑洞。只是,天文学家在这次黑洞合并的探测中,他们无论如何也探测不到第一阶段。

  第一阶段的缺失意味着这两个黑洞是直接撞在一起的。天文学家刚开始以为是普通物质黑洞的新的现象。但是天文学家通过计算,如果去除掉第一阶段,那么黑洞合并的引力波信号理应没有现实探测到的那样长。

  在了解到了前面的玻色子推测之后,天文学家于是就把普通物质黑洞换成玻色子黑洞,并进行理论上的计算。随后他们发现,如果是玻色子黑洞合并,那么就比较吻合他们所探测到的引力波信号。

  玻色子黑洞会是什么样的?天文学家根据现有理论预测,首先,由于玻色子具有引力,因此玻色子黑洞跟普通物质黑洞一样是黑的,有着能把光线抓住的强大引力,而且还有吸积盘。其次,跟普通物质黑洞把光线吞噬掉不同,玻色子黑洞把光线抓住之后,光子能自由地穿透星体,而且玻色子黑洞更小一些。

  另外,天文学家还预测,假如玻色子黑洞真的存在的话,那么宇宙中也很可能已经有了玻色子恒星。只不过由于光子可以轻易地穿透玻色子恒星,所以不被人类所探测到,宛若幽灵。

  如今,天文学家正在宇宙中寻找那些看起来不太“正常”黑洞。他们还准备用拍摄了第一张黑洞照片的视界望远镜,来重新探测银河系中心的超大质量黑洞,看看有没有漏掉什么。天文学家甚至怀疑,银河系中心的超大质量黑洞,其实是玻色子黑洞,或者是普通物质黑洞和玻色子黑洞混合而成的。

  玻色子的种类里是否有暗物质?玻色子黑洞是否存在?看不见的幽灵恒星是否到处都是?这些问题还有待进一步探索。

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