恒星就像普通人一樣，有生老病死。當(dāng)大質(zhì)量的恒星走到其生命終點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)以劇烈爆炸——超新星——的形式結(jié)束它“光輝”的一生。爆發(fā)之后它會(huì)留下遺骸，一顆中子星或者一個(gè)黑洞。但如果這個(gè)遺骸比上質(zhì)量太小無(wú)法成為黑洞，比下質(zhì)量太大無(wú)法形成中子星，又會(huì)怎么樣？

事實(shí)上，一直到最近天文學(xué)家們都不認(rèn)為在中子星和黑洞之間會(huì)存在一個(gè)“灰色地帶”，大質(zhì)量恒星死亡的產(chǎn)物必定是中子星和黑洞這兩者之一。

然而現(xiàn)在興許有一種奇特的恒星能填補(bǔ)這一空白。雖然它們還沒(méi)有被觀測(cè)到，但天文學(xué)家們相信“奇異星”（又稱(chēng)“夸克星”）應(yīng)該是存在的，而科學(xué)家們也僅僅是剛剛才認(rèn)識(shí)到這類(lèi)天體究竟有多“奇異”。

奇異的誕生

首先，中子星、夸克星和黑洞都是通過(guò)相同的機(jī)制誕生的——超新星爆發(fā)。但是，這三者的質(zhì)量呈遞增關(guān)系，因此通過(guò)超新星產(chǎn)生它們的恒星的質(zhì)量也必定是遞增關(guān)系。

那么，如果一個(gè)恒星發(fā)生爆炸，它的產(chǎn)物怎樣才能算是一顆中子星呢？構(gòu)成中子星的中子物質(zhì)具有一種特殊的性質(zhì)——中子簡(jiǎn)并，它們可以產(chǎn)生向外作用的中子簡(jiǎn)并壓。當(dāng)中子星自身向內(nèi)的引力和向外的中子簡(jiǎn)并壓達(dá)到平衡的時(shí)候，中子星就出現(xiàn)在你眼前了。

如果從超新星中誕生的這顆中子星質(zhì)量太大，中子簡(jiǎn)并壓無(wú)法抵擋向內(nèi)的引力，結(jié)果會(huì)如何呢？

在這種情況下，夸克就會(huì)挺身而出取代中子，防止天體進(jìn)一步坍縮。這里所說(shuō)的“夸克”是比中子更小的物質(zhì)單位，1個(gè)中子由3個(gè)夸克組成：2個(gè)下夸克和1個(gè)上夸克。

當(dāng)夸克簡(jiǎn)并壓和引力間達(dá)到平衡之后，一顆夸克星就此誕生。這時(shí)自由的上夸克和下夸克就會(huì)轉(zhuǎn)變成奇異夸克。因此，夸克星其實(shí)是由奇異夸克物質(zhì)所組成的，也正是因?yàn)槿绱怂鼈冞€被稱(chēng)為奇異星。

[圖片說(shuō)明]：中子星（左）和夸克星（右）的比較。版權(quán)：NASA。

不同尋常的發(fā)現(xiàn)

迄今傳統(tǒng)觀點(diǎn)一直認(rèn)為夸克星的尺寸應(yīng)該比中子星小。這看上去似乎是合理的，因?yàn)榭淇诵鞘窃谥凶有堑幕A(chǔ)上進(jìn)一步坍縮而成的，這使得其中的物質(zhì)會(huì)變得更加致密，于是占用的體積就會(huì)減少。但根據(jù)一個(gè)由德國(guó)、瑞士和美國(guó)科學(xué)家組成的國(guó)際合作小組的最新計(jì)算，夸克星實(shí)際上可能會(huì)比它們的表兄中子星大。但這怎么可能呢？

這些復(fù)雜的計(jì)算牽涉到中子星和夸克星的“狀態(tài)方程”，它描述了組成這兩類(lèi)天體的物質(zhì)本身的性質(zhì)。他們的計(jì)算結(jié)果顯示，一顆質(zhì)量為太陽(yáng)2.5倍的夸克星會(huì)比質(zhì)量為太陽(yáng)2倍的中子星要來(lái)得大。

這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于尋找潛在的夸克星而言是非常有趣的。如果天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆具有2.5個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的大型中子星的話(huà)，也許他們真正看到的其實(shí)是一顆夸克星。

一旦發(fā)現(xiàn)了夸克星，它不僅對(duì)于天文學(xué)家而言具有重要的意義，對(duì)于在歐洲核子中心工作的物理學(xué)家而言也是如此，他們可以借此獲得自然產(chǎn)生的“奇異夸克物質(zhì)”的大量信息。雖然大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可以制造出高溫“夸克膠子等離子體”，但實(shí)驗(yàn)室里至今還無(wú)法制造出奇異夸克物質(zhì)，所以夸克星的發(fā)現(xiàn)將會(huì)惠及天體物理學(xué)家和粒子物理學(xué)家。

然而，故事還沒(méi)有結(jié)束。奇異星還能更“奇異”。

大爆炸實(shí)驗(yàn)室？

在另一項(xiàng)研究中，科學(xué)家為夸克星進(jìn)行了仔細(xì)地“體檢”，并且試圖把它推向極限。一個(gè)有趣的問(wèn)題是，給最大質(zhì)量的夸克星再添加一點(diǎn)物質(zhì)的話(huà)會(huì)發(fā)生什么？在它坍縮成黑洞前是否還存在一個(gè)超越于夸克星之外的狀態(tài)？

根據(jù)已知的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，一顆大質(zhì)量的夸克星會(huì)具有足夠的引力能來(lái)“燃燒”奇異物質(zhì)。在強(qiáng)引力的作用下，夸克星核心里的夸克也許會(huì)被快速地“燃燒”，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成純粹的能量和中微子。

[圖片說(shuō)明]：弱電星結(jié)構(gòu)。

但真正令人著迷的地方是，由于夸克星極為致密，甚至連在通常情況下能穿透一切的中微子也無(wú)法逃離。于是，燃燒夸克所產(chǎn)生的這些能量和中微子就會(huì)形成向外的壓力來(lái)抵抗引力?？茖W(xué)家們將這樣一顆夸克星稱(chēng)為“弱電星”。計(jì)算發(fā)現(xiàn)弱電星可以處于這一穩(wěn)定狀態(tài)大約1千萬(wàn)年，而此時(shí)它可以同時(shí)具備蘋(píng)果的“身材”和兩個(gè)地球的質(zhì)量。

現(xiàn)在壓軸戲要上演了。弱電星的核心由此會(huì)具有極端高的密度，只有大爆炸之后十億分之一秒的宇宙才能與之匹敵。這些極端的天體將會(huì)像是一個(gè)迷你的宇宙大爆炸實(shí)驗(yàn)室，在其中的高壓之下電磁力和弱相互作用力（四種基本作用力中的兩種，另外兩種為引力和強(qiáng)相互作用力）會(huì)非常接近，幾乎無(wú)法區(qū)分。這為進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)自然界的基本作用力提供了絕佳的機(jī)會(huì)，甚至還有可能會(huì)引發(fā)新的物理學(xué)革命。

雖然奇異星奇異得讓人不敢相信它們會(huì)真實(shí)地存在于宇宙之中，但天文學(xué)家們正在傾其所能來(lái)尋找它們。隨著下一代望遠(yuǎn)鏡和其他探測(cè)設(shè)備的投入使用，這些奇異的天體說(shuō)不定會(huì)給我們一個(gè)誰(shuí)都不曾料想到的驚喜。