中子星,科学家的暗物质秘密武器

深空中子星插图(盖蒂创意) 天文学家不断努力寻找暗物质,如此难以捉摸的神秘的物质形式,主宰着宇宙的质量。
一位天文学家提出,与其在地球上投入巨大而昂贵的实验室,应该尝试另一种寻找暗物质的方法:观察恒星。
多项独立的证据表明暗物质存在。
尽管恒星的速度非常快,但某种力量使它
【菜科解读】
中子星——宇宙基站
中子星的密度是它对暗物质探测的关键。
深空中子星插图(盖蒂创意)
天文学家不断努力寻找暗物质,如此难以捉摸的神秘的物质形式,主宰着宇宙的质量。
一位天文学家提出,与其在地球上投入巨大而昂贵的实验室,应该尝试另一种寻找暗物质的方法:观察恒星。
多项独立的证据表明暗物质存在。
尽管恒星的速度非常快,但某种力量使它们被束缚在星系内,不影响它们有张力的运动,大质量天体周围光的路径被扭曲。
据猜测,早在物质形成大规模宇宙结构之前,就有某种物质开始形成了。
这些东西目前都被贴上了暗物质的标签,绝大多数科学家认为暗物质是一种新的粒子,目前不包括在粒子物理学的标准模型中,并且逃避了直接探测,因为它几乎不可目测,
如果有的话,与光或物质相互作用。
在这张图片中,暗物质粒子穿过银河系的每一个角落,包括你现在坐的房间。
这些粒子因为不可见而未被探测到。
在几十年里,科学家们在地球上建立了巨大的实验室,试图捕捉到与暗物质粒子短暂的相互作用,无济于事。
中央研究院 Academia Sinica的天文学家阮通 Thong Nguyen在一篇发表在预印本网络数据库arXiv上的论文中指出,大自然有自己的暗物质实验室,还更强大。
在标准的暗物质图像中,暗物质在早期宇宙中开始聚集,远远早于常规物质。
占宇宙总质量不到20%的星系,只是落入暗物质引力井的一些发光物质的口袋。
可见,暗物质主要分布于星系的核心,其密度比太阳附近的暗物质高数千倍。
想要寻找暗物质,如果坚持在地球上进行实验,将会举步维艰,暗物质密度非常低。
另一方面,也不可能把实验搬到25000光年外的银河系中心。
如何直接在寻找暗物质呢?
根据阮通的说法,答案是中子星,即大质量恒星在超新星爆发后留下的核心。
在黑洞之后,中子星是宇宙中密度最大的物体;一颗典型的中子星将相当于两到三个太阳的物质塞进一个比曼哈顿还小的体积里。
它们的密度如此之高,本质上相当于一英里宽的原子核。
如果它们的密度再大一点,它们就会坍缩成黑洞。
中子星的密度是它探测暗物质的关键。
暗物质和物质的相互作用很罕见 不然,它早已
经为人类发现,它们并非无迹可寻。
当这两种物质之间发生微小的、罕见的相互作用,它更有可能发生在中子星内,因为中子星里塞满了很多可以相互作用的东西。
星系中遍布可见中子星,在核心中尤其常见,也是恒星活动的蜂巢。
有的物质正逐渐形成恒星,也有的相互作用着,它们结合产生恒星,也留下了许多残留物,比如中子星。
事实上,银河系中心几光年的范围内,分布多达一千颗中子星。
暗物质能与普通物质相互作用,而与中子星相互作用中将失去能量。
经历数百万年,大量的暗物质聚集在中子星内部。
高密度的暗物质容易发生湮灭,即两个粒子相互作用过程中内部结构破坏、衰变,成为其他粒子,并产生中微子等,逃离中子星。
在地球上,我们有许多中微子望远镜,比如位于南极洲南极的冰立方中微子天文台。
Nguyen使用这些望远镜的公开数据搜索来自银河系中心的多余中微子信号。
虽然他没有发现任何暗物质存在的确凿证据,但他能够通过限制暗物质与正常物质相互作用的能力。
#p#分页标题#e#虽然对暗物质缺乏全面的了解,诸如以上的发现,特别是涉及到将大自然作为测试实验室时,将有助于缩小搜索范围,并有希望揭示这种难以捉摸的粒子的身份。
若有个黑洞和太阳迎头相撞,太阳系会怎样?八大行星都会被汽化掉
的确是这样,它是宇宙中引力最强的天体,连光到了它的附近都无法逃脱。
宇宙中的黑洞大致可以分为两类,一种是星系级黑洞,一种是太阳级黑洞,星系级黑洞诞生于宇宙之初,它们都是在宇宙大爆炸之后直接生成,通常都是星系或者类星体的中心,质量可达太阳的1万到几百亿倍,它们都是黑洞或者类星体运行力量的源泉,不过这样的黑洞数量较少,像我们的银河系中只有一个这样的黑洞,它就是银河系中心黑洞人马座a。
但是太阳级黑洞在宇宙之中的数量却有很多,天文学家们认为仅在我们的银河系中就有上千万个,这类黑洞有大质量太阳发生超新星爆发之后生成,质量较小,但是仍然在太阳质量的3-10000倍之间,绝大多数的太阳级黑洞都在太阳质量的1000倍之下,其中以几十倍太阳质量的黑洞居多。
通常星系级黑洞不可能会来到太阳系附近,因为它们的引力场非常强大,可以影响周围几十上百光年距离的天体,所以目前来看在我们的太阳系周围上千光年的距离内都没有这样的天体,而银河系中心黑洞人马座a虽是这样的天体,却距离我们太阳系约有2.6万光年,所以不用担心它会吞并太阳系。
但是太阳级黑洞却就不一定了,这类的黑洞非常难探测,目前只有靠它们对附近天体的引力影响来判断它们的存在,如果没有大量物质被它们吸入的话,它们就不会发出光等电磁波,所以无法探测到它的存在,即便他来到我们的太阳系附近,除非它的引力场已经影响了太阳系外围的很多大型天体,不然我们也是无法感知它的存在的,但是如果我们看到它开始影响太阳系外围的天体,那也将代表着这里的一切离终结都不远了。
如果有太阳级黑洞来到太阳系,那么它强大的引力场就会打破太阳系的平衡,导致太阳系出现大的动荡,如果黑洞来到我们的地球附近,地球将无法摆脱其引力场的束缚,我们人类也将束手无策,黑洞会很快就将整个地球都吞进去,就是像木星和太阳之类的天体,在黑洞面前也只有被吃的份儿。
太阳是太阳系的主宰,它带着整个太阳系在银河系中围绕银河系中心运行,如果在太阳前进的方向迎头碰到一颗黑洞,那么当这两者相遇的一刻,整个太阳系都会被摧毁的。
两者相遇之时,太阳上面的气体物质就会被黑洞吸引获取,大量的气态分子在黑洞周围形成吸积盘,这个吸积盘会异常璀璨,发光强度远超太阳的光辉,特别是两者撞到一起的时候,黑洞周围的吸积盘会变得异常巨大和璀璨,这时的黑洞近乎于一个类星体,光照剧烈程度丝毫不亚于超新星爆发,甚至还犹有过之,太阳系的八大行星以及其它一些天体,由于距离太阳和黑洞较近,都有被汽化掉的可能,即便有些没有被汽化掉,也会在黑洞和太阳物质的双重引力之下靠向它们,渐渐被拉碎撕裂,成为这个黑洞的吸积盘。
如果没有物质补充,黑洞的吸积盘并不会长久存在,所以在吸干了太阳系的所有物质之后,这个黑洞会重归黑暗,那么在太阳系曾经存在过的这片空间中,看上去将好像什么都没有存在过一样。
太阳系正在坠入中心黑洞,具体时间已经算出,难道真要流浪地球?
但若是提及2023年的惊喜,那超过一半的国人,大概会说是《流浪地球2》的精彩,无论是其中的剧情彩蛋,还是展现的未来科技,都值得观众逐字逐帧地品味。
同时,大家更惊喜的,还有中国科幻片的崛起,这预示着,中国科幻电影已经有了比肩好莱坞的实力。
不过,让人大感意外的是,电影中不得已要带地球流浪的剧情,很可能将在现实中上演了,至于其中缘由,且让我们从太阳系本身说起。
太阳系:微不足道的行星系众所周知,人类所生存的地球,正位于银河中的太阳系,在十六世纪以前,在托勒密心学说的影响下,无数西方天文学家和宗教首领,普遍都认为该行星系的其他星球都是围绕地球旋转的,就连质量超大的太阳太阳也不例外。
因此,在那个时代中,一众天文爱好者都有种先入为主的思维,在观测其他天体运动时,总会不自觉地认为,它们都是围着地球旋转。
直到十六世纪,波兰天文学家哥白尼在对整个星系进行重新观测后,发现无论是地球,还是木星、土星、水星等行星,都是一直处于运动状态,众星似乎都在围绕太阳旋转。
在这样的认知下,哥白尼首次提出了日心说,这也是我们今日天体学说的雏形,即太阳系的众星都围绕太阳旋转。
可就是这一看似合理的言论,却让哥白尼及其支持者惨遭围捕,比如一位名叫布鲁诺的日心说支持学者,就被西方教会捕获并处以火刑,整个人被活生生烧死在广场上。
而宗教派之所以要如此围剿日心说支持者,其原因就在于,西方教会已经根据托勒密提出的地心学说,延伸出了无数的教义,这些不仅是教皇的智慧体现,更是控制教徒的知识工具。
若是哥白尼用日心说推翻了地心说,那教会的权威也会瞬间崩塌,显然,无论是教会教皇,还是一众神职人员,他们都不会应允这样的事件发生。
不过,俗话说得好:“纸是包不住火”,日心说作为最新的科学学说,必然是要取代地心说的,十七世纪时,意大利天文学家伽利略通过最新的天文望远镜,证明了哥白尼的言论,即太阳才是行星系的中心。
在此之后,牛顿又用万有引力定律,进一步诠释了这种环绕运动的原理,那就是小质量行星会被更高质量的行星所吸引,并围绕其运动,太阳作为行星系中的唯一太阳,自然也就成为一众行星的环绕目标。
但值得一提的是,伽利略在证明了哥白尼日心说的同时,也察觉到我们所处太阳系的渺小。
因为,透过天文望远镜,伽利略发现在太阳系之外,还存在无数太阳,它们有的甚至比太阳还要大。
伽利略将这一发现与一众学者进行分享,在经过一番讨论后,他们都认为,我们身处在一个更大的恒星系中,太阳系在其中只是一个很小很小,甚至可以说是微不足道的行星系,而这也为银河系理论的到来,奠定了基础。
银河系:危机四伏在伽利略及其好友提出了银河及恒星系的理论后,人类天文学就踏上了一条求证银河系存在的道路。
直到数百年后的二十世纪初,美国威尔逊山天文台建成了当时世界上最大口径的2.5米天文望远镜,一众天文学家借助该望远镜,对太阳系外的太阳进行逐个观测,并在绘制了一幅星图。
随后,荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦在这幅星图的基础上,运用统计视差的方法完成了各太阳间的距离测定,由此得到了最早的银河系模型,这也预示着,人类天文学正式走向对银河系的研究。
不过,科学界中的进步和挑战,往往是相伴相随的,人类对银河系的了解越多,那所面临的挑战也会越多,最好的体现就是黑洞。
按照现有的研究来看,黑洞代表的就是虚无,它可以吞噬万物,甚至连光线都能吸收,而做到这一切的原因就在于黑洞拥有无可比拟的质量,根据万有引力定律,质量大的星体对小质量星体是存在吸引力的,这也便是黑洞吸引万物的根本。
这也意味着,假如银河系中存在一个质量比太阳系还要大的黑洞,那太阳系在经过该黑洞时,就可能会被它吞噬进去,就连地球也不例外。
这听起来可能有些魔幻,也有些杞人忧天的意味,但在2020年时,却正式成为了现实。
银河系中心黑洞:太阳系的“归宿”2020年时,科学家赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹,通过对银河系中心区域进行仔细观测,发现银河系中心存在着大量且密集的太阳,更让人心惊的是,这些太阳的速度并不正常,就好像在做环绕运动一般。
也就是说,在这些太阳的中心点,应该存在着质量更大的星体,这才导致众太阳被其吸引。
然而,无论科学家们借助何种观测设备,始终都无法找到这个庞大的星体,这不禁让众天文学家产生了一种不好的预感,那就是这个质量庞大的星体或许根本就不存在,吸引这些太阳的东西,其实是一个非常庞大的黑洞。
之后,历经一年的努力,科学家们在多台望远镜,以及一台超级计算机的配合下,终于拍到这个可怕的中心黑洞--------人马座ASgr A黑洞。
更让人头皮发麻的是,在该黑洞附近,已经聚集了千亿颗太阳,这些太阳每一颗都足以媲美太阳,甚至,绝大多数都比太阳大上不少,这也就是说,这个黑洞要想吞噬太阳系,那是非常轻松的,而唯一值得庆幸的是,太阳系离这个黑洞还比较远。
但研究太阳系运动的天文学家却表示悲观,原来,根据现有的观测手段和计算能力,天文学家们发现,太阳系每围绕银河系转动一圈,两者的距离就会缩短2000光年。
按照目前的距离来计算,太阳系在转动13万圈,即32.5万亿年后,太阳系就会被该黑洞所捕获,进而被虚无吞噬,届时,太阳系必将颗粒不剩。
而要想改变这一结局,人类唯一能做的,似乎就只剩流浪地球计划了,也就是带着地球脱离太阳系,去寻找新的家园。
不过,距离该事件的发生还有很久,在这段时间里,人类很可能会掌握更高层次的科技,从而有办法让太阳系躲过一劫;也有可能会在灾难来临之前,灭亡于一场莫名的核战争,无法等到这天灾的降临。
除此之外,天文界也有科学家秉承着不同意见,那就是宇宙是不断膨胀的,这就好像一个不断吹起的气球,其中体积容量的增加,便会让星系间的距离增大,从而也就使得太阳系和中心黑洞的距离不断扩大。
简单来说,就是宇宙只要还在不断膨胀,那太阳系就不可能被黑洞所捕获,可需要注意的是,现在人类对天文学的认知终究是有限的,我们所得出的一切结论,都可能存在系统性错误,就类似数百年前的地心说一般。
因此,针对任何潜在的天体危机,人类都需要重视,否则,灾祸很可能就会在意想不到的时间降临。
参考资料:《史瓦西黑洞理论》--------卡尔·史瓦西《银河系正在向黑洞坠落,每秒200公里》--------红枣学习网《地球正在朝黑洞坠落?》-------中国网科技