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中子星会爆炸出黑物质吗?

简介:科学家对暗物质生成原因的一种假设,中子星爆炸

目前,最让人恼火的天体物理学问题之一可以被简单的陈述如下:暗物质是什么?

像这样简单的问题可能会有非常复杂的答案。在这种情况下,一个理论物理学家的团队提出超高温中子星核可以产生和爆炸出轴子,随后轴子产生高能光子,当光子与中子星周围猛烈强大的磁场交互时,反过来又可以被看做一束多余的X-射线光。

中子星会爆炸出黑物质吗?

明白了吧?非常复杂。

暗物质与我们所认为的普通物质(构成我们的物质)相似,它有质量,因此有重力。但是,它不发光,也不与普通物质相互作用,这就让它成为魔幻自己的把戏。我们有大量的理由相信它的存在,但是我们从来没有直接探测到过它。

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多年来,许多潜在的暗物质候选者已经被淘汰,只留下了越来越多可能的奇异候选者,比如尚未被发现的亚原子粒子。

首要候选者是轴子,目前通过量子模型预测出它存在。它们不发光,不与普通物质相互作用,除非通过重力,它们在宇宙中可能大量存在,并且十分难捉摸。它们是符合要求的!

那么,你是怎样找到那些从未被发现的东西呢?你必须观察轴子的预测结果,看看它们是否可以被观测到。

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中子星是一个体积非常小,密度非常高,类似于把太阳的质量压缩成一个直径只有几公里的球体。

这幅画将一个城市比作曼哈顿。

中子星就是在这里出现的,它是大质量恒星爆炸后的残留物。当恒星的外层被炸开时,其核(高达太阳质量的2.8倍)坍塌,形成了一个主要由中子组成,且直径只有几十公里的物体。这使得它们有非常大的密度、温度、磁增压,成为了一个烘烤轴子的完美烤箱。

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当中子星核心的质子或中子相互靠近时,它们会释放能量。考虑到恒星核心的温度是几十亿度,能量可能相当高。粒子可以由这种能量产生(这就是E=mc2告诉我们的;物质可以转化为能量,反之亦然),且有一种粒子被预测为轴子,其数量庞大。

尽管中子星的密度令人难以置信(一个六角模块的大小将超过美国所有汽车的总和),轴子将会从恒星中爆炸,因为它真的不喜欢与物质相互作用。然而,当它到达恒星外部时,巨大的磁场确实会影响它。数学很难,但它应该能转化成能量,产生x射线。

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暗物质被认为在早期的宇宙中形成了一个巨大的网络,就像这个计算机模拟的模型,让星系沿着细丝形成。

那么,我们只需要把x射线望远镜对准中子星,看看它们是否会发射暗物质吗?不,因为中子星温度很高,能量很大,因此,它一直在发射x射线。但是,更酷的事是:我们可以计算出中子星因为它的热量预计能发射出多少x射线,然后看看它们是否会发射出更多的x射线。我们寻求多的x射线。如果我们看到它,那可能是轴子!

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事实证明,有7颗中子星符合上述条件。它们被称为“壮丽七星”,它们离地球很近(都在距离地球大约2000光年的范围内),独立的,并且,在自身形成后一直在冷却;也就是说,处于超新星的中心。

它们都能被x射线望远镜观测到(特别是钱德拉和xmm -牛顿望远镜),可……除了一个以外,其他的中子星都有过多的x射线。

中子星会爆炸出黑物质吗?

描绘钱德拉x射线天文台的艺术品。

然而,当然也出现了一个警示。其中2颗中子星表现出明显的x射线的放射量过量,且达到了统计学上的显著性差异。另一种过量了,但在统计上无显著性差异。另外两颗过量的情况更不明显,最后一颗x射线不足。

但是,这是令人鼓舞的。更好的是,这两颗过量的中子星似乎释放出了物理学家用轴子生成模型所预测的量。

中子星会爆炸出黑物质吗?

也有可能是那些较少的释放过量物质的中子星需要更多的观察;使用较长的曝光时间可以更容易地看到模糊的东西。并且,中子星将会根据各种因素,包括温度、自旋、磁场强度等决定辐射量。因此,仍然有可能它们都发射了轴子但我们还不能很好地探测到x射线。

或者,这里要小心,它可能有一些其它完全不同的解释,它根本不是轴子。记住,现在轴子完全是理论上的。我们有充分的理由相信它们的存在,但尚未得到证实。

中子星会爆炸出黑物质吗?

这幅画描绘了中子星周围的磁场。

但是,这条X-射线的路似乎能很好的走下去。研究小组关于需要通过进一步观测来帮助解决这个问题进行了讨论,并提出欧洲雅典娜天文台可以帮助解决这个问题。这将在21世纪30年代的某个时候发现,所以还需要一段时间。

不过,在那之前还有很多工作要做,来帮助解决观测中的问题。有趣的是,中子星还有另一种可能产生轴子的方法,但这种方法的观测结果是空白的。其他试验也在寻找它们。

我希望他们能够找到轴子。暗物质是迷人的,它对普通物质的强烈排斥是一个很有趣的事情,但随着时间的推移,人们对它的观察也变得更加恼火。发现它们,可以解决天体物理学和粒子物理学中的许多问题。

中子星会爆炸出黑物质吗?

如果他们发现轴子是不存在呢?那也将会很有趣。这意味着宇宙中有其他的东西在出现,我们必须想出一套全新的假说来解释它。但现在,我们一次性只关注一个迄今为止未被发现的谜团。

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