引力波發現未知天體,可能是介於中子星和黑洞之間的夸克星

2020-11-23 萬象經驗

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引力波是天體運動扭曲時空產生的向外傳播的時空漣漪,但是它是如此的微弱,以至於我們只能探測到宇宙中大質量天體碰撞產生的引力波。2015年,LIGO天文臺首次探測到黑洞碰撞產生的引力波,這標誌著引力波天文學進入一個黃金時代。

最近,天體物理學家探測到了迄今為止最奇怪的引力波信號。此次碰撞是在2019年8月被LIGO-Virgo聯合探測到的,研究人員對引力波的新分析結果發表在6月23日的《天體物理學雜誌快報》上。結果顯示,這次碰撞是一次黑洞與神秘天體的碰撞。之所以稱它為神秘天體,是因為該天體的質量為2.6倍太陽,而中子星的質量上限為2.5倍太陽,最輕的黑洞質量也是太陽的5倍。而且,由於此次事件的距離遙遠,大約為8億光年,因此科學家沒有探測到來自該事件的光。

許多專家表示,該神秘天體打破了我們對宇宙的認識,它有可能是我們見過的最重的中子星,也有可能是最輕的黑洞。但是,科學家提出了一種更有可能性的結果:它就是我們尋找很久的介於黑洞和中子星之間的夸克星。

夸克星的預測

我們知道恆星的質量非常大,它會在自身的引力下向內收縮,其產生的效果就是讓核心的溫度和壓力變高,核心中的元素就開始發生核聚變,產生更高的溫度和壓力來抵抗引力的收縮,這被稱為流體靜力平衡。

當恆星的氫元素開始消耗殆盡的時候,它就會開始聚變成氦、碳、氧等。此種聚變釋放的能量更快、更高,它會推動著恆星迅速向外膨脹。最後,外層向外爆炸成行星狀星雲,只留下了一個緻密的內核。而整個內核根據質量的不同,它可以形成白矮星、中子星或者黑洞。

眾所周知,原子是由質子、中子和電子組成,它們的自旋均為半奇數,因此它們是費米子,滿足泡利不相容原理。當恆星內核的質量小於1.44倍太陽時,它最終會形成白矮星,此時由泡利不相容原理形成的電子簡併壓力抵抗了自身引力的收縮。而1.44倍太陽質量被稱為錢德拉塞卡極限,是由印度物理學家錢德拉塞卡通過計算電子簡併壓力的極限得到的。

如果質量超過此上限,它會形成中子星。此時,電子簡併壓力已不能抵抗引力的收縮。核外電子被壓進核內,並和質子結合形成中子被釋放出中微子。此時,能抵抗引力的就只有中子的簡併壓力。1936年,奧本海默通過計算中子簡併壓力能抵抗的引力極限,得出中子星的質量上限為0.75倍太陽。今天,我們知道這個結果是錯的,因為中子星的質量上限為2.5倍太陽。但是聰明的科學家並不認為奧本海默的想法錯了,他們反而認為在中子星內部存在著另一種東西——夸克核。

由於中子星內部的壓力是如此之高,單靠中子簡併壓力是不可能支撐得住的,而且它的質量還不夠大,不能形成黑洞。因此,科學家認為在中子星內部的中子已經被壓碎成夸克了。2017年的中子星碰撞產生的引力波也能證明這一點,當兩顆中子星彼此靠近時,引力會造成它們的扭曲變形,而形狀改變能揭示其內部結構。這些信息都被存儲在引力波中。

中子星質量上限為2.5倍太陽,最輕黑洞為5倍太陽,在這質量間隙之間肯定還存在著未知的天體類型。而最新的通過引力波發現的2.6倍太陽質量的神秘天體可能就是預測已久的夸克星。

相關焦點

  • 夸克星終於出現?引力波探測器發現比中子星密度更大的天體
    這類星體的質量比最大的中子星大一些,卻又比恆星形成的黑洞的最小量級小一些,一般認為其質量在太陽的2.5~3倍之間,曠課星的構成與中子星相似,但是本質上又是不同的,因為中子星就像是一個原子核,電子已經被巨大的收縮壓壓縮到了質子裡面成為中子,無數的中子聚集在一起,就形成了中子星;但是夸克星有比中子星更大的收縮壓,將無數的中子也都壓到了一起,使得整個星體成為了一顆中子,所以夸克星就像是一顆巨大的中子。
  • 夸克星存在嗎?藏在中子星與黑洞之間的神秘天體,它究竟是什麼?
    它預測了引力波,結果人類你發現了引力波;它預測了黑洞,人類果然發現了黑洞;它預測了引力透鏡,人類現在正在利用引力透鏡觀察我們的宇宙。而有些理論預測卻沒有這麼幸運,因為他的預測結果人類始終沒有觀測到。20世紀60年代,科學家們提出了「夸克星」的概念,半個多世紀過去了,人類連黑洞都發現了,卻始終沒發現這個處於黑洞與中子星之間的夸克星。
  • 中子星核心存在大量夸克,介於黑洞和中子星之間的夸克星可能存在
    如果質量超過此極限,它就會進一步坍縮成中子星。此時,原子中的核外電子被壓縮進原子核,與質子相結合形成中子並釋放出中微子。此時能抵抗中子星引力的就只有中子的簡併壓力。1936年,奧本海默通過計算中子簡併壓力與引力的平衡,得到中子星的臨界質量為0.75倍的太陽,超過這個質量它就會變成黑洞,或者成為黑洞和中子星之間的緻密星體,這也就是「奧本海默極限」。
  • 科學家發現「質量間隙」中神秘天體 介於中子星與黑洞之間
    新華社北京6月28日新媒體專電 美媒稱,數十年來,天文學家一直對介於中子星與黑洞之間的質量間隙感到困惑:最重的中子星不超過太陽質量的2.5倍(或2.5個太陽質量);已知最輕黑洞大約是5個太陽質量。問題是:在這種所謂的質量間隙之中存在的究竟是什麼?
  • 如果你相信引力波的話,那麼夸克星存在於中子星內部
    大質量恆星死亡後通過超新星爆發遺留下的殘骸——中子星是目前已知的宇宙中最為緻密的天體。一顆質量與太陽質量相當的中子星,半徑僅為10公裡左右,密度高達10^15克/立方釐米,這超過了原子核的密度。根據目前的核物理和粒子物理學知識人們還不能確定中子星內部究竟是由什麼樣的基本粒子組成的。
  • 在中子星與黑洞之間,有一顆夸克星正在蠢蠢欲動
    ,最後形成黑洞,不過這篇文章我們並不是討論黑洞,也並非研究中子星,而是聊一聊最近在天文學界十分火爆的一種天體:夸克星。在20世紀上半葉,當時的物理學屆還認為構成物質的最基本單位是電子與核子,核子就是組成原子核的粒子,即質子與中子,不過後來粒子物理學家通過大型粒子對撞機進行試驗,發現中子和質子並非是組成物質的最基本單位,中子與質子由一種名為夸克的更小粒子組成,夸克理論的提出不僅僅獲得了諾爾貝獎,還啟發了天文學家,因為白矮星、中子星、黑洞與粒子物理是息息相關的,夸克的提出似乎預示著這樣一種情況,既然中子並非是最小單位
  • 揭秘夸克星,你從未聽說過的神秘天體!
    在浩瀚的宇宙中,有各種各樣的天體,你所熟知的無非便是黑洞、中子星、恆星、白矮星、行星等,但你有聽說過夸克星嗎?沒錯,你沒聽過,夸克,這是比中子還要小的物質,也是組成中子的基礎單元。我們其實無法直接觀測夸克,只能從夸克互相結合而形成的強子中來間接觀測夸克,質子和中子便屬於強子。
  • 搞出大新聞的,是中子星還是夸克星?
    而黑洞最大的特點,顧名思義,就是黑,(如果不考慮量子效應)我們是無法看到黑洞的。除去黑洞的「三根毛」,即質量、角動量和電荷,黑洞摧毀了其他一切物質的信息,只是純粹引力的一種具現。因而,在大部分情況下,雙黑洞的併合是不會有任何電磁波輻射的。雖然天文學家並不死心,每一次雙黑洞併合的引力波事件發生後,都會調集能利用的望遠鏡資源,在各個波段上去曝光一番,可是每次都幾乎是一無所獲。
  • 介於白矮星和黑洞之間的星體:中子星
    中子星是除黑洞外密度最大的星體(根據最新的假說,在中子星和黑洞之間加入一種理論上的星體:夸克星),同黑洞一樣是20世紀激動人心的重大發現,為人類探索自然開闢了新的領域,而且對現代物理學的發展產生了深遠影響,成為上世紀60年代天文學的四大發現之一。
  • 超新星爆發或有第四種遺骸,介於中子星和黑洞之間,名曰夸克星
    目前天文學家認為,恆星在超新星爆發之後,大約有三種不同的命運,它們可以變成白矮星、中子星或者黑洞。最近,有科學家提出了一個新奇的想法,認為在中子星和黑洞之間,可能還有一種未知的天體並沒有被我們發現,那就是夸克星。那麼,夸克星究竟是什麼樣的天體?
  • 科學家終於找到了夸克星的證據
    夸克和膠子組成強子後,才發展出現在的宇宙。科學家發現從強子到夸克膠子等離子體的相變溫度約為175百萬電子伏特(相當於2萬億攝氏度)。夸克星是一種假想的星體。物理學家猜測較大質量的中子星可能含有夸克核心,甚至整個星體轉化成夸克星。
  • 天體「夸克星」:宇宙中雖不存在,卻可能是黑洞演化的一個階段
    天體「夸克星」:宇宙中雖不存在,卻可能是黑洞演化的一個階段我們知道宇宙中恆星演化的三個結局,基本上不外乎白矮星、中子星和黑洞這三種。其中質量小於1.44倍太陽的恆星會演化成白矮星,而內核質量在太陽的1.44~3.2倍(總質量在太陽的8~15倍)的恆星,會演化成中子星。而內核質量大於3.2倍太陽的恆星,則會演化成為黑洞。而科學家認為,既然存在白矮星和中子星這種天體,那麼從微觀粒子的角度來看,中子再細分還能夠分為夸克——那麼是不是還有可能存在一種,完全由夸克這種物質組成的星體呢?
  • 中子星與黑洞之間的相遇——黑洞更有可能吞噬整個中子星
    引力波信號顯示中子星向內旋轉並合併成一個物體,而電磁波譜中釋放的光則顯示出後效應-一種爆炸,稱為「 新星爆炸」 ,距1.3億光年可見。在爆炸的中心,觀察結果表明,形成了一個短暫的「超大質量」中子星,然後中子星坍塌成黑洞。為了了解發生碰撞的中子星的性質,卡帕諾和他的同事運用數學方法描述了中子星物質的性質,即狀態方程。
  • 天體物理學家承認,有一部分中子星可能是尋找已久的夸克星
    夸克物質以夸克和膠子為基本自由度。如果忽略夸克之間的相互作用,低溫夸克物質可以處理為費米氣。但自20世紀70年代起,人們開始注意到,因夸克之間存在吸引作用,夸克物質的費米面很可能是不穩定的。類似於低溫金屬中電子的超導態,夸克物質也可能處於色超導狀態。20世紀90年代關於色超導的討論逐漸展開,提出三味色味鎖相、兩味色超導相等不同的色超導態。
  • 科學家觀測到中子星與黑洞碰撞產生的引力波
    雖然對科學家而言,該發現過於複雜,無法精確查明該過程究竟發生了什麼,但這一信號帶來更多天文觀測的希望,該發現甚至預示著未來人們將對超新星爆炸有更新的認識。圖中是通過引力波觀測到的天體碰撞事件。圖像底部顯示了與中子星大小相近的天體,圖像頂部顯示了黑洞大小的天體,該碰撞事件涉及一個黑洞和較大中子星或者較小黑洞。
  • 科學家終於發現介於較小黑洞和超大黑洞之間的罕見黑洞類型
    據外媒報導,儘管科學家們最近才能捕捉到黑洞的圖像,但他們對黑洞卻了解得不少。這些密度極高的天體會吸收任何靠其很近的天體,它們是大多數星系的中心,至少天文學家是這樣認為的。 另外目前已知的是黑洞有兩種類型:標準版(較小版)的質量被認為是太陽的5到100倍;另一個版本是超大質量版,其質量是太陽的1000倍以上。
  • 科學家終於發現介於較小黑洞和超大黑洞之間的罕見黑洞類型
    這些密度極高的天體會吸收任何靠其很近的天體,它們是大多數星系的中心,至少天文學家是這樣認為的。另外目前已知的是黑洞有兩種類型:標準版(較小版)的質量被認為是太陽的5到100倍;另一個版本是超大質量版,其質量是太陽的1000倍以上。
  • 引力波探測器或許檢測到了中子星和黑洞的碰撞
    但這一次,科學家們認為他們可能探測到了更奇怪的東西。在啟動第三次觀測後,室女座引力波探測器和兩個雷射幹涉引力波觀測站已經探測到了5個潛在的引力波信號。包括3種可能的碰撞,黑洞之間的的碰撞,一對中子星的碰撞,中子星與黑洞的碰撞。雷射幹涉引力波觀測臺和室女座科學聯合會正在幾近實時地公開發布他們的探測結果,這樣世界各地的天文學家就可以立即跟進自己的觀測結果。
  • 在最大中子星和最小黑洞之間存在質量間隙,天文學家發現神秘物體
    我們很明顯可以看出,在質量最重的中子星和質量最小的黑洞之間,存在一個「質量間隙」,天文學家一直對這個質量間隙感到困惑:在這個質量間隙之中難道是一片空白嗎?還是可能存在一種未知的神秘物體?最近,在美國國家科學基金會的雷射幹涉儀引力波觀測站(LIGO)和歐洲的處女座探測器的一項新研究中,科學家宣布發現了一個2.6倍太陽質量的物體,這個物體的質量值剛好處於質量間隙之內。該天體最早於2019年8月14日被發現,它的夥伴是一個23倍太陽質量的黑洞,該天體正在被黑洞吞併,因此產生了引力波信號,繼而被LIGO和Virgo在地球上探測到。
  • 科學家的假想——夸克星
    「原來如此,可是這和夸克星有什麼關係呢?」心心感覺媽媽講的都是題外話。「因為有科學家認為,在中子星和黑洞之間,還存在著某種恆星的最終形態,他們稱之為夸克星。」電子在強大壓力作用下和質子結合成中子,而中子之間存在著斥力。為了阻止進一步坍縮,中子間的斥力開始和他們自身的引力作鬥爭,如果斥力與引力達到平衡,就會形成中子星,反之就會繼續坍縮。此時,引力會使中子解體為更小的粒子,也就是夸克。而夸克之間同樣存在排斥,如果它們之間的斥力最終與引力相抗衡,便會阻止恆星繼續坍縮。從而形成夸克星。」