我们每天都沐浴在我们星球赖以生存的巨大燃烧气体球的光辉中。夜晚,我们仰望星海,那里有令人惊叹的各种大小、颜色和年龄的恒星。这些天体都依靠驱动我们太阳发光的同一种核聚变发光。但宇宙可能提供的不仅仅是这些。
一些天文学家认为,宇宙中存在所谓的“奇异恒星”,它们由我们太阳及其所有近亲组成的普通电子、质子和中子以外的粒子构成。尽管这些奇异恒星仍然是假设性的,但科学家们正开始发现一些证据,表明其中一些可能确实存在。在此,我们汇集了四种可能漂浮在太空中最奇特、最奇异的恒星。
暗物质恒星

两个星系团碰撞形成了“子弹星系团”,如图所示。普通物质显示为粉色,其余物质以蓝色显示,表明暗物质主导着这个巨大的星团。(图片来源:X射线:NASA/CXC/CfA/M.Markevitch 等;光学:NASA/STScI;Magellan/U.Arizona/D.Clowe 等;引力透镜图:NASA/STScI;ESO WFI;Magellan/U.Arizona/D.Clowe 等)
X射线:NASA/CXC/CfA/M.Markevitch 等;光学:NASA/STScI;Magellan/U.Arizona/D.Clowe 等;引力透镜图:NASA/STScI;ESO WFI;Magellan/U.Arizona/D.Clowe 等
暗物质恒星 在第一颗普通恒星诞生之前就已存在。如果它们真实存在,它们甚至可能至今仍存在。
与您根据这些理论恒星的名称可能想象的相反,它们大部分将由普通物质构成。也就是说,像我们的太阳一样,由氢和氦组成。然而,这些暗星也将含有大量的“中性微子暗物质”。
就像原子构成普通物质一样,中性微子是一些物理学家认为可能构成暗物质的假设粒子。一些超对称理论表明,中性微子甚至可能是 WIMPs,或弱相互作用大质量粒子,它们是一种常见的暗物质候选者。
如果理论是正确的,中性微子粒子就是它们自身的反物质。这意味着,如果它们相互碰撞,它们将完全湮灭,产生巨大的能量和热量。中性微子湮灭的原始力量将使暗物质恒星能够燃烧数十亿年,而无需塌缩来启动核聚变,而这是普通恒星的先决条件。
因此,暗星可能是巨大而蓬松的巨星,直径可达数十甚至数千个天文单位(AU;地球到太阳的平均距离)。然而,尽管体积庞大,但缺乏聚变和相对较低的温度可能会使这些恒星真正黑暗,甚至可能对人眼不可见。
然而,在您对暗物质恒星感到过于兴奋之前,您应该知道,粒子对撞机中的实验尚未能够找到任何中性微子的可靠证据。直到那发生——或者直到一颗暗星出现——这些幽灵般的恒星将仍然是假设性的。
玻色子星

2012 年,欧洲大型强子对撞机上的粒子碰撞发现了长期寻找的希格斯玻色子,它被认为与引力强度直接相关。| ThomasMcCauley 和 Lucas Taylor/CMS Collection/CERN
中性微子并不是科学家提出的唯一一种可能构成恒星的暗物质。一些研究人员认为,可能仍然存在由玻色子组成的暗物质恒星。玻色子粒子携带基本力,包括强力、弱力和电磁力。例如,光子就是携带电磁力的玻色子。
但一些科学家认为,暗物质可能有自己的玻色子。这些暗玻色子本身可能是暗物质,或者它们可能仅仅引起暗物质与普通物质的相互作用。暗物质玻色子也可能聚集形成暗物质恒星,尽管它们的行为会相当奇怪。
像我们的太阳这样的普通恒星由费米子组成,例如质子、电子和中子。但玻色子星将由玻色子组成,它们遵循与我们日常经验不同的规则。
例如,普通恒星中的费米子行为就像人。两个人不能同时占据同一个物理空间,它们必须轮流站在某个特定的位置。但玻色子更像水中的波浪。当波浪汇合时,它们不会互相排斥。相反,它们会叠加在一起,形成更大的波浪。在物理学中,这被称为玻色-爱因斯坦凝聚。一颗暗玻色子星可能就像太空中一个巨大、致密的玻色-爱因斯坦凝聚。它可能类似于另一个极度致密的物体——黑洞。
事实上,最近发表在《物理评论快报》上的一项研究表明,科学家们可能已经目睹了两颗玻色子星碰撞。2019 年 5 月,激光干涉引力波天文台捕捉到了由两个异常大的黑洞碰撞引起的时空涟漪。这对黑洞的质量分别是太阳质量的 66 倍和 85 倍,这比当前理论根据大质量恒星的死亡所预测的要大。
有可能这两个黑洞是之前较小黑洞合并的产物。但在团队用模型进行计算后,他们意识到这样的结果将与两颗暗玻色子星碰撞无法区分。
如果事实证明宇宙充满了这些假设性的暗玻色子星,那么这将最终解释科学家们为何一直未能追踪到暗物质的持久之谜。
夸克星

(图片来源:Alison Mackey/Discover)
Alison Mackey/Discover
中子星是宇宙中普遍存在的真正奇特的物体。这些超致密的恒星残骸是由大质量恒星爆炸形成的。一茶匙中子星物质的重量可能相当于地球上的一座山。
但还有另一种理论上的恒星,它可能让这些极端物体看起来都很普通。它们被称为夸克星。夸克星是理论上的物体,其密度介于中子星和黑洞之间。它们由夸克组成,夸克是一种基本粒子,通过结合形成原子核中的质子和中子,充当物质的构成单元。
因此,就像中子星几乎完全由中子组成一样,夸克星将几乎完全由夸克组成。研究人员推测,这些奇怪的恒星可能是由经过亿万年“炖煮”而粒子被压缩的大中子星的残骸。
近 20 年前,NASA 宣布,通过哈勃和钱德拉空间望远镜的观测,可能已经捕捉到了一对这样的夸克星。第一颗潜在的夸克星,名为 RX J1856.5−3754,位于南冕座,距离地球仅 400 光年。天文学家指出,这颗恒星的温度比预期要高得多,温度约为 126 万华氏度(70 万摄氏度),直径小于 5 英里(8 公里)。这比天文学家对中子星的设想要小,促使一些人推测它可能是一颗夸克星。最终,科学家们意识到这颗恒星距离更远,因此比最初设想的更冷、更大,从而排除了它是一颗夸克星的可能性。
然而,另一颗被命名为 3C 58 的夸克星候选者,至今未被证实也未被排除。这颗恒星的奇怪行为——例如剧烈的温度波动——也不符合天文学家对标准中子星的设想。最终,需要更多的研究来了解夸克星是否真的存在,以及我们是否已经发现了一颗。
索恩-日特科夫天体

索恩-日特科夫天体是一种理论上的混合恒星,由一颗致密的中子星被一颗蓬松的红超巨星吞噬形成,如图示艺术家概念图所示。(图片来源:Astronomy 杂志)
Astronomy 杂志
索恩-日特科夫天体是一种非常奇特的双星类型。这些理论上的混合恒星在其内部有一个中子星,而外面包裹着一颗蓬松的巨星,它们本质上是嵌套的俄罗斯套娃式恒星。
它们被认为是在红巨星或红超巨星与中子星碰撞时形成的。尽管这种情况极其罕见,但当两颗流浪恒星靠得太近时,就有可能发生这种碰撞;然而,在紧密的双星系统中发生的可能性要大得多。如果这样一个系统中的一颗恒星发生超新星爆发,它将留下一个中子星。这种巨大的恒星爆炸也可能给残余的中子星一个“踢”向其巨型邻居的方向,迫使两者碰撞并合并。
物理学家 Kip Thorne 和 Anna Żytkow 于1977年首次提出了这种混合恒星的设想,因此得名。但索恩-日特科夫天体在2014年重新受到关注,因为天文学家们认为他们终于在一种名为 HV 2112 的恒星中发现了它。然而,此后多年,这一发现一直存在争议。
因此,尽管和本列表中所有其他奇特的恒星一样引人入胜,但索恩-日特科夫天体同样仍然完全是假设性的。但话又说回来,如今的天文学教科书里充满了对那些曾经被认为是科幻小说的真实奇特宇宙天体的描述。谁又能说出未来几年我们还会发现哪些令人费解的奇特天体呢?














