两颗中子星因引力而合并绝对是宇宙中最剧烈的事件之一。他们表演一种宇宙之舞,巨大的力量把他们拉在一起,把他们曾经圆形身体变形成粗糙的长方形。只需几毫秒——不到一眨眼的时间——它们的外壳就会裂开,质量较小的中子星就会爆炸,变成一团血红色的物质,而较大的恒星继续变重。它不断增长,变得越来越大,直到它再也不能抵抗重力。中子星摇摆不定,但最终变成黑洞。正是在这些事件中,科学家们假设一种危险的、不可预测的物质可能被抛入宇宙。
它可能已经存在于地球上,存在于我们的水中,或者隐藏在北极的陨石中。这种奇怪的物质就像一种病原体——感染并将正常物质转变成完全不同的东西。正如物理学家爱德华·法希所描述的那样,“任何与这种物质接触的东西都会被它吞噬,在亚原子水平上改变,直到正常物质本身转化为非正常物质。”
- 哈尔斯-泰勒双星系统是迄今为止发现的第一颗双星脉冲星。两颗中子星,其中一颗可以被称为脉冲星,它们围绕彼此运行,预计会在灾难性的碰撞中相遇。它们将产生一个黑洞,喷出相当于太阳质量10%的物质。这些物质中的一些可能以奇异物质的形式存在。
人们认为中子星内部存在着奇怪的物质。这些中子星是在大质量恒星核心耗尽所有燃料并坍塌后留下的,在这个过程中产生了丰富的超新星。电子和质子合并成中子,在半径约10公里的时候达到最大密度。人们对中子星的内部了解甚少,但有证据表明,奇怪的物质可能就在离子、电子和气体的薄壳下面。一些假设表明,甚至可能没有中子星这种东西,我们怀疑是中子星实际上都是一颗陌生的恒星。
普通的中子星在其壳下应该有一种几乎完全由中子构成的流体。这是中子,一种神秘而密度极高的物质。仅仅一勺就比地球上最高的山还要重。但是这种中子并不存在于任何地方——它仅存在于中子星的中心,在那里巨大的压力可以使中子融化成夸克。毕竟,中子不是基本粒子。夸克是。
- 计算机模拟显示了脉冲星周围的环境。脉冲星是旋转的中子星。这里显示的是带有粒子路径的电场和磁场。电子是蓝色的,反物质是红色的。
夸克是粒子的基本单位。物质由上夸克和下夸克组成,因为这两种夸克是六种夸克中最稳定的。其他四种夸克是在高能事件中产生的,比如粒子加速器实验或宇宙射线。正常情况下,中子是由一个上夸克和两个下夸克组成的,但在中子星的极端环境中,其中一些粒子可能会发生转换。当中子融化成夸克时,一半的下夸克被转换成奇异夸克,所以现在有三种相同数量的夸克:奇异夸克、上夸克和下夸克。由这三个夸克组成的物质就是我们所说的奇异物质——在深不可测的压力下锻造而成,最后被认为存在于宇宙之初。
但是大爆炸后的奇怪物质不可能一直存在到现在。当科学家们考虑到宇宙的早期状态、热力学和奇怪物质的预期属性时,分析一次又一次地表明,奇怪的物质会随着温度的冷却而蒸发,持续到大爆炸后的一秒钟。这种蒸发也是奇异物质不能成为令人信服的暗物质候选者的主要原因。
因此,要发现奇异物质,唯一可行的地方就是我们所说的“中子星”的中心。
如果这个奇异夸克物质也是物质的理想状态,那么任何与它接触的中子都会想要转换过来。奇怪的物质是稳定的,密度更大,由它构成的中子星可能比任何东西都更持久。这些都是普通物质会觉得有吸引力的特性。
一个中子进入奇怪的物质并溶解它的夸克,降低它的能量。这种较低的能量状态更稳定——可能是整个宇宙中最稳定的能量来源。随着中子和质子渗入到这种奇怪的物质中,任何释放出来的能量都将进一步把更多的物质转变成奇怪的物质。一个移动速度足够快的奇怪物质可能会进入一颗恒星或行星,从内到外改变它,就像一种细菌培养物一样继续生长。这是关于地球死亡最耸人听闻的场景之一:地球被一股不可阻挡的奇怪物质洪流撞击并吞噬。这就是为什么有些人把奇怪的物质称为“宇宙中最危险的物质”。
然而,我们没有办法知道奇怪的物质是否真的稳定。尽管我们已经在地球上的陨石样本和宇宙射线中寻找过它,但从来没有任何确定的发现。这些奇怪的物质需要什么条件才能在一个行星内蔓延?
- 一颗名为3C58的脉冲星停在距离地球1万光年的天空中。虽然它的温度应该是150万摄氏度,但它的表面温度不到100万摄氏度。核心的夸克物质会利用来自中子星的热量作为能量来源,将夸克转换成奇异夸克。
地球上存在的任何奇怪物质都必须是极小的,其半径只有几百飞米。再大的话就会因为太重而无法停留在地壳表面,那么只能下沉到地核。奇异物质被允许停留在地壳上而不被消耗的原因是人们认为奇怪的物质带正电荷。地球上的物质也带正电荷。因此,它们会互相排斥。奇异物质只有两种方式可以吞噬我们的世界:一种是带负电荷(大多数科学家不相信这是真的),另一种是用足够的动能克服库仑势垒。库仑势垒是阻止正奇异物质粒子和正地球物质粒子相互作用的斥力。
要实现这个世界末日场景,有很多要求。奇怪的物质必须存在,稳定,处于与地球的碰撞过程中,并且要么具有巨大的动能,要么带负电荷。
我们考虑过在大型强子对撞机等地方制造奇怪的物质。解剖奇怪的物质就像挖出一块化石,希望它能帮助我们了解在我们出现之前很久发生的事情。它不仅填补了宇宙历史的空白,还告诉我们宇宙中最奇怪的中子星的核心发生了什么。
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