【菜科解读】

中子星将承担对暗物质的探测

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，相当于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。

阮通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。

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。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空