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人類首次發現夸克星:照亮宇宙

2016-01-29

南京大學天文與空間科學學院研究團隊通過分析最近發生的一次史上最劇烈的超新星爆發,發現了夸克星存在的重要證據。

這是科學界首次發現夸克星存在的關鍵線索,該發現有望為人類理解物質的最深層構成以及各組分之間的相互作用提供重要幫助。

研究團隊領導者、南京大學天文與空間科學學院教授戴子高介紹,目前的物理理論普遍認為,所有正常物質都由最基本的粒子夸克和輕子組成,但與此同時,使夸克結合在一起的強相互作用力卻未能被人類很好理解。

上世紀70年代初,物理學家提出,宇宙中很可能存在一類完全由夸克組成的緻密天體,稱為夸克星,其密度高達每立方厘米數億噸之巨。

對此類天體的發現或證偽,將極大促進對夸克相互作用這一基本物理問題的理解,但數十年來,天文觀測一直未能在這一問題上有所突破。

天文學家最新探測到的史上最強超新星爆發ASASSN-15lh 為這個問題的解決帶來了曙光。

超新星是大質量恆星在死亡階段發生的一類劇烈爆發現象,其爆發過程中釋放的光學輻射,常常能夠照亮其所在的整個星系。這種巨大的能量一般認為來自大量放射性元素的衰變。

但這一解釋並不適用於最近發現的這顆最強超新星,因為在發現後的僅四個月內,ASASSN-15lh輻射的總能量相當於太陽以現在的強度照耀900億年,如此高能量所要求的放射性元素質量,已經超過整個恆星所具有的總質量。

科研團隊認為,解釋ASASSN-15lh的輻射能量,需要有更為巨大的能量來源。這一能源,由爆炸核心殘留下來的緻密天體來提供。

對超新星輻射特徵的分析和計算揭示,這個緻密天體必須具有每秒至少上千次的極快轉速,且這一高速旋轉狀態需要保持很長時間。 這些特點對物質組分提出了極為嚴苛的要求。

一系列證據表明,這一爆炸殘留的緻密天體,是一顆剛剛誕生的夸克星。

戴子高說,夸克星存在的這個重要證據,為將來觀測和認證此類天體奠定了基礎。一旦夸克星被正式觀測到,人類對於粒子物理和天體物理的認識都將有重要突破。

這一研究已於28日刊發在天文學國際權威期刊《天體物理學雜誌》上。

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