Question

引力波发现未知天体，可能是介于中子星和黑洞之间的夸克星

Answer 1

引力波是天体运动扭曲时空产生的向外传播的时空涟漪，但是它是如此的微弱，以至于我们只能探测到宇宙中大质量天体碰撞产生的引力波。2015年，LIGO天文台首次探测到黑洞碰撞产生的引力波，这标志着引力波天文学进入一个黄金时代。

最近，天体物理学家探测到了迄今为止最奇怪的引力波信号。此次碰撞是在2019年8月被LIGO-Virgo联合探测到的，研究人员对引力波的新分析结果发表在6月23日的《天体物理学杂志快报》上。结果显示，这次碰撞是一次黑洞与神秘天体的碰撞。之所以称它为神秘天体，是因为该天体的质量为2.6倍太阳，而中子星的质量上限为2.5倍太阳，最轻的黑洞质量也是太阳的5倍。而且，由于此次事件的距离遥远，大约为8亿光年，因此科学家没有探测到来自该事件的光。

许多专家表示，该神秘天体打破了我们对宇宙的认识，它有可能是我们见过的最重的中子星，也有可能是最轻的黑洞。但是，科学家提出了一种更有可能性的结果：它就是我们寻找很久的介于黑洞和中子星之间的夸克星。

我们知道恒星的质量非常大，它会在自身的引力下向内收缩，其产生的效果就是让核心的温度和压力变高，核心中的元素就开始发生核聚变，产生更高的温度和压力来抵抗引力的收缩，这被称为流体静力平衡。

当恒星的氢元素开始消耗殆尽的时候，它就会开始聚变成氦、碳、氧等。此种聚变释放的能量更快、更高，它会推动着恒星迅速向外膨胀。最后，外层向外爆炸成行星状星云，只留下了一个致密的内核。而整个内核根据质量的不同，它可以形成白矮星、中子星或者黑洞。

众所周知，原子是由质子、中子和电子组成，它们的自旋均为半奇数，因此它们是费米子，满足泡利不相容原理。当恒星内核的质量小于1.44倍太阳时，它最终会形成白矮星，此时由泡利不相容原理形成的电子简并压力抵抗了自身引力的收缩。而1.44倍太阳质量被称为钱德拉塞卡极限，是由印度物理学家钱德拉塞卡通过计算电子简并压力的极限得到的。

如果质量超过此上限，它会形成中子星。此时，电子简并压力已不能抵抗引力的收缩。核外电子被压进核内，并和质子结合形成中子被释放出中微子。此时，能抵抗引力的就只有中子的简并压力。1936年，奥本海默通过计算中子简并压力能抵抗的引力极限，得出中子星的质量上限为0.75倍太阳。今天，我们知道这个结果是错的，因为中子星的质量上限为2.5倍太阳。但是聪明的科学家并不认为奥本海默的想法错了，他们反而认为在中子星内部存在着另一种东西——夸克核。

由于中子星内部的压力是如此之高，单靠中子简并压力是不可能支撑得住的，而且它的质量还不够大，不能形成黑洞。因此，科学家认为在中子星内部的中子已经被压碎成夸克了。2017年的中子星碰撞产生的引力波也能证明这一点，当两颗中子星彼此靠近时，引力会造成它们的扭曲变形，而形状改变能揭示其内部结构。这些信息都被存储在引力波中。

中子星质量上限为2.5倍太阳，最轻黑洞为5倍太阳，在这质量间隙之间肯定还存在着未知的天体类型。而最新的通过引力波发现的2.6倍太阳质量的神秘天体可能就是预测已久的夸克星。