這個(gè)宇宙中,從來不缺少令人忍不住驚呼的神奇天體。不論是密度極大的中子星,還是引力驚人的黑洞,還是幅員遼闊的大尺度絲狀結(jié)構(gòu),都讓人感嘆宇宙的神奇。
除了這些天體之外,宇宙中還有其他一些詭異的星球,原本只存在于理論之中,如今也接近被人類發(fā)現(xiàn)了。
黑矮星
黑矮星是宇宙中大部分恒星的命運(yùn)歸宿,包括我們的太陽。
當(dāng)太陽這樣質(zhì)量不夠大的恒星進(jìn)入到演化末期時(shí),就會變成一顆白矮星。白矮星是致密星的一種,每立方厘米的質(zhì)量可以達(dá)到1噸以上。變成白矮星之后,恒星就不會再進(jìn)行核聚變了,也就失去了能量來源。盡管有一部分白矮星周圍有其他的恒星,可能讓它吞噬物質(zhì)并爆發(fā)為超新星,但像太陽這樣孤獨(dú)的恒星所形成的白矮星,就沒有這樣的命運(yùn)了。
剛形成的白矮星確實(shí)非常熱,但它會逐漸冷卻降溫,最終和宇宙溫度達(dá)到平衡,因此也會變得非?;璋?,這就是黑矮星。黑矮星就是白矮星最終的歸宿,它的命運(yùn)不會再發(fā)生其他的改變了。不過,根據(jù)科學(xué)家的推測,白矮星完全降溫的時(shí)間可能長達(dá)10000億年。因此,對于只有138億年壽命的宇宙來說,目前還沒有任何一顆黑矮星存在。
索恩-齊特科夫天體
還是以我們的太陽為例,它的命運(yùn)終點(diǎn)是黑矮星,黑矮星的前一階段是白矮星,白矮星之前就是紅巨星了。進(jìn)入到演化末期的太陽,外殼會向外擴(kuò)散,半徑甚至?xí)_(dá)到2億公里以上,將地球軌道包裹進(jìn)去,甚至火星軌道都不能幸免。至于行星本身,是會被吹到更遠(yuǎn)的地方,還是留在軌道上被吞噬,目前還是一個(gè)未知數(shù)。
在宇宙中,大部分恒星都會在演化末期經(jīng)歷這個(gè)階段,其中有一小部分和太陽系完全不同,它們的系統(tǒng)內(nèi)有一顆更加極端的天體——中子星。那么,當(dāng)中子星周圍的恒星膨脹為紅巨星,會發(fā)生什么事呢?
1977年,物理學(xué)家基普·索恩(電影《星際穿越》的科學(xué)指導(dǎo))和安娜·齊特科夫提出:這種特殊的情況下,就有可能形成一種詭異的結(jié)構(gòu)——索恩-齊特科夫天體。
他們的計(jì)算結(jié)果表明,中子星會被紅巨星的外殼包裹進(jìn)去,然后繞著紅巨星的內(nèi)核公轉(zhuǎn)。在數(shù)百年后,二者會碰撞并合,形成更重的中子星或者是黑洞。
2014年的時(shí)候,科學(xué)家們曾經(jīng)觀測到一個(gè)名叫HV 2112的恒星,它非常有可能是索恩-齊特科夫天體,不過目前還有其他科學(xué)家有所質(zhì)疑,其真實(shí)身份仍有待確定。
玻色子星
目前人類已知的所有微觀粒子,可以分為兩種——費(fèi)米子和玻色子。其中費(fèi)米子是自旋為半整數(shù)的粒子,它們是構(gòu)成物質(zhì)的基礎(chǔ);而玻色子自旋為整數(shù),它們可以讓費(fèi)米子聚集在一起或是相互分開。
費(fèi)米子滿足泡利不相容原理,因此在同一個(gè)空間內(nèi)的分布是有限的;玻色子不同,它們不需要遵從這樣的規(guī)律,這就使得它們可以在很小的范圍內(nèi)堆積很多的粒子。
科學(xué)家們據(jù)此推測,如果排列合適的話,一個(gè)空間內(nèi)可以聚集大量的玻色子,它們可以累積到極其巨大的質(zhì)量,甚至達(dá)到太陽的幾百萬倍。由于這里的物質(zhì)非常密集,因此密度非常高,這就是玻色子星。
有人可能已經(jīng)注意到了,這個(gè)概念聽起來有點(diǎn)像黑洞。的確如此,確實(shí)有人認(rèn)為我們觀測到的黑洞中,可能有一部分就是玻色子星,但目前沒有人敢確定哪個(gè)黑洞是。如果真的存在這樣的玻色子星,科學(xué)家們也要考慮如何區(qū)分它們與黑洞的不同。
反物質(zhì)星
我們的地球,乃至這個(gè)宇宙,都是由物質(zhì)組成的。但根據(jù)理論,在宇宙大爆炸時(shí),物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該是等量產(chǎn)生的。粒子和反粒子之間電荷相反,其他的性質(zhì)相同,遇到一起就會湮滅為能量。那么問題來了:138億年前那些反物質(zhì)都去哪了呢?
或許,它們也在今天的宇宙中,組成了一些天體吧。
上個(gè)月,法國天體物理學(xué)和行星學(xué)研究所的天文學(xué)家Simon Dupourqué發(fā)布了自己團(tuán)隊(duì)的最新研究成果,向公眾介紹他們的新發(fā)現(xiàn),那就是14個(gè)可能存在于銀河系中的反物質(zhì)恒星。他們還推測,在銀河系的銀盤中,平均每100萬顆恒星中,大約有2.5顆反物質(zhì)星。雖然比例非常低,但至少不是0了。
不過,這不是一切問題的答案。研究團(tuán)隊(duì)也指出,這14顆天體的身份還有待確認(rèn),也有可能是脈沖星或者是黑洞。另外,即使有這些反物質(zhì)星,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以解釋大爆炸時(shí)反物質(zhì)消失之謎。
暗物質(zhì)
暗物質(zhì)是宇宙大爆炸時(shí)形成的另一種神秘的物質(zhì),它不與可見物質(zhì)發(fā)生除了引力之外的其他任何相互作用,因此科學(xué)家們僅僅能夠通過它們產(chǎn)生的引力作用知道它們的存在,卻完全不知道它們的本質(zhì)到底是什么。
有人推測它們是一種自引力粒子,其質(zhì)量非常非常小,甚至比電子還小得多。但如果聚集得足夠多,它們也可以在一個(gè)星系的核心,形成一個(gè)巨大的球狀結(jié)構(gòu)。它們或許不會坍縮成黑洞,但質(zhì)量也可以達(dá)到太陽的幾百萬倍。
在星系的其他位置,也彌散著大量的暗物質(zhì)。它們憑借數(shù)量的優(yōu)勢產(chǎn)生了巨大的引力,將星系天體拉攏在一起,而不至于分崩離析。甚至在宇宙早期,它們是星系能夠形成的基礎(chǔ)。
也有人認(rèn)為,暗物質(zhì)的本質(zhì)可能是一個(gè)個(gè)的原初黑洞。這種黑洞形成于宇宙早期,體積極小,最小的甚至和微觀粒子差不多一樣大。由于體積過小,又不會進(jìn)行吞噬,所以我們無法觀測到。雖然原初黑洞的概念是已故理論物理學(xué)家霍金所提出的,但直到今天,人們也不能確定它是否真的存在。