這個宇宙中,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構,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現了。
黑矮星
黑矮星是宇宙中大部分恒星的命運歸宿,包括我們的太陽。
當太陽這樣質量不夠大的恒星進入到演化末期時,就會變成一顆白矮星。白矮星是致密星的一種,每立方厘米的質量可以達到1噸以上。變成白矮星之后,恒星就不會再進行核聚變了,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,可能讓它吞噬物質并爆發為超新星,但像太陽這樣孤獨的恒星所形成的白矮星,就沒有這樣的命運了。
剛形成的白矮星確實非常熱,但它會逐漸冷卻降溫,最終和宇宙溫度達到平衡,因此也會變得非常昏暗,這就是黑矮星。黑矮星就是白矮星最終的歸宿,它的命運不會再發生其他的改變了。不過,根據科學家的推測,白矮星完全降溫的時間可能長達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,它的命運終點是黑矮星,黑矮星的前一階段是白矮星,白矮星之前就是紅巨星了。進入到演化末期的太陽,外殼會向外擴散,半徑甚至會達到2億公里以上,將地球軌道包裹進去,甚至火星軌道都不能幸免。至于行星本身,是會被吹到更遠的地方,還是留在軌道上被吞噬,目前還是一個未知數。
在宇宙中,大部分恒星都會在演化末期經歷這個階段,其中有一小部分和太陽系完全不同,它們的系統內有一顆更加極端的天體——中子星。那么,當中子星周圍的恒星膨脹為紅巨星,會發生什么事呢?
1977年,物理學家基普·索恩(電影《星際穿越》的科學指導)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構——索恩-齊特科夫天體。
他們的計算結果表明,中子星會被紅巨星的外殼包裹進去,然后繞著紅巨星的內核公轉。在數百年后,二者會碰撞并合,形成更重的中子星或者是黑洞。
2014年的時候,科學家們曾經觀測到一個名叫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家有所質疑,其真實身份仍有待確定。
玻色子星
目前人類已知的所有微觀粒子,可以分為兩種——費米子和玻色子。其中費米子是自旋為半整數的粒子,它們是構成物質的基礎;而玻色子自旋為整數,它們可以讓費米子聚集在一起或是相互分開。
費米子滿足泡利不相容原理,因此在同一個空間內的分布是有限的;玻色子不同,它們不需要遵從這樣的規律,這就使得它們可以在很小的范圍內堆積很多的粒子。
科學家們據此推測,如果排列合適的話,一個空間內可以聚集大量的玻色子,它們可以累積到極其巨大的質量,甚至達到太陽的幾百萬倍。由于這里的物質非常密集,因此密度非常高,這就是玻色子星。
有人可能已經注意到了,這個概念聽起來有點像黑洞。的確如此,確實有人認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黑洞是。如果真的存在這樣的玻色子星,科學家們也要考慮如何區分它們與黑洞的不同。
反物質星
我們的地球,乃至這個宇宙,都是由物質組成的。但根據理論,在宇宙大爆炸時,物質和反物質應該是等量產生的。粒子和反粒子之間電荷相反,其他的性質相同,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。
上個月,法國天體物理學和行星學研究所的天文學家Simon Dupourqué發布了自己團隊的最新研究成果,向公眾介紹他們的新發現,那就是14個可能存在于銀河系中的反物質恒星。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。研究團隊也指出,這14顆天體的身份還有待確認,也有可能是脈沖星或者是黑洞。另外,即使有這些反物質星,也遠遠不足以解釋大爆炸時反物質消失之謎。
暗物質
暗物質是宇宙大爆炸時形成的另一種神秘的物質,它不與可見物質發生除了引力之外的其他任何相互作用,因此科學家們僅僅能夠通過它們產生的引力作用知道它們的存在,卻完全不知道它們的本質到底是什么。
有人推測它們是一種自引力粒子,其質量非常非常小,甚至比電子還小得多。但如果聚集得足夠多,它們也可以在一個星系的核心,形成一個巨大的球狀結構。它們或許不會坍縮成黑洞,但質量也可以達到太陽的幾百萬倍。
在星系的其他位置,也彌散著大量的暗物質。它們憑借數量的優勢產生了巨大的引力,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。
也有人認為,暗物質的本質可能是一個個的原初黑洞。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。