十大不可能的宇宙现象

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我们对太空已有了很多的了解,但仍有更多的未知。下面将列出十个目前还无法被科学解释的现象。

Shanna Freeman文 Shea编译

我们对太空已有了很多的了解,但仍有更多的未知。下面将列出十个目前还无法被科学解释的现象。

1.自转过快的恒星

脉冲星是高速自转的中子星,会发出电磁辐射。其中大部分每秒钟即可自转数圈,而有些甚至可达数百圈。毫秒脉冲星自转一周只需要1~10个毫秒(1毫秒=0.001秒)。有时毫秒脉冲星也被称为再生脉冲星,因为一开始它们自转得并不快,但通过吸积其伴星的物质而获得加速,即再生。

在发现脉冲星PSR J1748-2446ad之前,天文学家认为它们的自转速度不会超过每秒700转。2005年,天文学家测量发现其自转频率达到了每秒716转。虽然理论上脉冲星的自转速度可以高达每秒3 000转也不会瓦解,但在此之前引力波辐射会限制脉冲星的转速。因此,要么PSR J1748-2446ad会发出许多非常强的引力波,要么我们的模型错了。

测定这颗脉冲星的大小将有助于解决这个难题,因为科学家相信它的直径不可能超过16千米——在如此之高的转速之下,任何超出这个直径的部分都会被甩出去。尽管我们认为它的质量大约是太阳的2倍,但要测定它的半径却是极为困难的事情,因为它在围绕一颗巨大的恒星转动,这颗恒星会在大部分的时间里遮挡住它发出的辐射。

2.神秘的增速

在我们的太阳系中,每当有探测器飞掠行星或者是卫星的时候,就会有异常的现象发生:探测器速度的微小改变会超出科学家们的预期。例如,2005年罗塞塔探测器飞掠地球时,它的速度额外增大了1.82毫米/秒;1998年近地小行星会合探测器飞掠之后其速度则额外增大了13毫米/秒。

探测器通过这些飞掠来进行引力助推,从行星或者卫星的运动中获得新的动力,以节省燃料并且更快地抵达它们的目的地。在其他天体引力的帮助下,“罗塞塔”前往了67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星。所以它们的速度确实应该增加,但问题是增幅超过了预期——理论预言和实际测量结果对不上。

虽然每秒几个毫米的差别似乎并不算大也不会危及航天任务,但科学家想弄清楚它背后的原因到底是什么。类似的飞掠异常也会发生在其他地方,但由于观测站都在地球上,因此只能对地球周围的飞掠做最高精度的测量。为了解释这些现象提出许多假说,包括被地球引力束缚在其周围的暗物质晕,或者是来自磁场、潮汐以及太阳辐射的影响。

3.禁忌的双星

这个双星系统是真正奇怪的一对恒星。发现于2007年,它包含了一个中子星和一颗白矮星。

这颗中子星也是一颗脉冲星,被称为PSR J0348+0432,每秒可以自转约25圈。它非常致密,是迄今已知质量最大的中子星之一。虽然它的直径估计只有20千米,但它的质量是太阳的2倍,其引力则是地球的3 000亿倍。

这颗脉冲星本身就已很不寻常了,而它还拥有一颗围绕它转动的白矮星。该白矮星的质量不到太阳的五分之一,由此这两者的质量比超过了11.7。它们相互绕转一周所需的时间也非常短,只要2小时27分,两者的间距仅830 000千米。

目前的理论就不“允许”有质量如此悬殊的双星存在, 但不知何故宇宙偏偏反其道而行之。

4.本该被吞噬的行星

得益于美国宇航局的开普勒空间望远镜,太阳系外行星已大量涌现。其中最吸引人的自然是搜寻类地行星——有着和地球相似的大小和组成成分。
太阳系外行星开普勒-78b到其宿主恒星的距离不到160万千米,公转一周只要8.5个小时。它的直径约为地球的1.2倍,被认为也具有铁核和岩石壳层,但由于靠得太近它的表面温度则比地球的高出了至少2 000℃。开普勒-78b的形成过程无疑有别于地球。

事实上,我们还不知道它是如何形成的。它不可能形成于现在所在的位置,因为它的宿主恒星在更年轻的时候体积要比现在的更大,可以把它的轨道纳入自己的“腹”中。开普勒-78b也不可能是从更遥远的轨道迁移到这里的,因为如果真是这样的话它早该进入到恒星内部了。

我们所知道的是,开普勒-78b最终会被它的宿主恒星吞噬,只会早不会晚。

TenImpossibles.Kepler-78b.jpg

[图片说明]:开普勒-78b的艺术概念图。版权:Karen Teramura/UHIfA。

5.不明的暗物质团块

暗物质听起来似乎很可怕,但科学家们认为它占据了宇宙中所有物质的80%以上。由于不会出任何辐射,所以它们无法被直接看到或探测到,但可以根据暗物质对其他天体的影响而推测出它们的存在。

通常情况下,星系会被暗物质晕所包裹。然而,天文学家在24亿光年之外发现一个孤独的暗物质团块,其中没有任何的星系。与之近邻的星系此前发生了相撞,现在是一个并合星系团的一部分,该星系团被称为阿贝尔520。但由于某些原因,这些星系似乎把自己的暗物质落在了后面。

2007年,天文学家首次发现它们时所使用的是日本的昴星望远镜。科学家们都感到非常困惑,于是在2012年使用哈勃空间望远镜又对其进行了观测,结果证实它确实是一团被“遗弃”的暗物质。然而,另一个天文学家小组的研究则发现,在这个星系团中暗物质和普通物质的比例在正常值的范围内。

很显然,还需要进一步的天文观测来搞清楚星系团阿贝尔520的确切组成,进而弄清楚这团无“主”的暗物质是如何形成的。

6.不该存在的恒星

一开始,恒星SDSS J102915+172927似乎并没有什么独特之处。然而,斯隆数字巡天(SDSS)发现,这颗恒星可能具有不寻常的光谱,后者可以告诉我们它内部的元素组成。

该恒星位于狮子座,质量仅为0.8个太阳质量。它的温度比太阳稍高,被认为是银河系中最年老的恒星之一。银河系的年龄约为130亿年,而它的年龄则与之相当。不过,与此同时这颗恒星也位于恒星形成理论的“禁区”——这意味着,根据我们所知的,它就不应该存在。

这是因为它几乎完全由氢和氦构成,仅含有微量更重的元素。长期以来一直认为,所有的恒星在形成时都含有某些特定的元素。例如,一颗与SDSS J102915+172927类似的非常古老的恒星,它应该含有可观的氧和碳。

但是,由于它并非如此,因此我们目前的恒星形成理论必定是有问题的,或许形成恒星的方式不止一种。

7. 挑战爱因斯坦的黑洞

有许多不可思议的天体在不断挑战最基本的科学理论,位于银河系中心的超大质量黑洞人马A*也不例外。

现在已经观测发现,大约每天一次,人马A*会在X射线和红外波段上出现爆发。我们还不能确定发生这些爆发的原因,但它们可能是人马A*进食行星和小行星所导致的。来自事件视界望远镜——世界上最大的毫米波射电望远镜——的数据显示,由于这些爆发,人马A*正在发生结构性的变化。

如果这些能量爆发真的正在影响这个超大质量黑洞的结构,那就会挑战爱因斯坦的广义相对论。虽然超大质量黑洞被认为具有强大的引力,没有东西能从那里逃脱,但人马A*的视界却存在大量的电磁活动。这些爆发也许意味着,黑洞的生长过程并非完全如我们所想象的那样。

8.太过年轻的旋涡星系

星系BX442是宇宙中已知最遥远的宏象旋涡星系,具有明确和十分突出的旋臂,它同时也被认为是一个非常古老的星系,形成于宇宙大爆炸之后约30亿年。

一般而言,这个年龄的星系其形状会非常不规则。但星系BX442非但规整,还具有漂亮的对称性,看上去更像是新近形成的星系,而非年老的。哈勃空间望远镜在2012年首次发现了这个星系,当时科学家为此不得不仔细检查所看到的这个星系是否真的是一个宏象旋涡星系,而不是两个星系恰巧位于同一方向上。

现有的理论认为,在宇宙如此早的时期不可能存在这样的星系,但BX442却活生生地给了所有人一个反例。有一种观点认为,与其伴矮星系的引力相互作用在一定程度上影响了BX442的旋涡结构,但仍需要进一步的研究才能揭示出到底是什么原因让这个星系变成了现在所看到的样子。

9.过热的太阳日冕

70多年来,科学家们一直试图想弄清楚,为什么太阳日冕——其最外围的等离子层——的温度会比它的表面还高,至少可达100万℃。

太阳核心温度约为1 600万℃,随着到中心距离的增大,温度会降低。太阳光球层的温度据估计约为6 000℃。根据热力学第二定律,太阳日冕层不可能是通过太阳核心以及内部圈层来加热的,但能量必定是通过某种方式抵达其中的。

虽然温度极高,但日冕的密度并不高,因此加热它并不需要大量的能量。就此科学家们已有几个理论,但有两个主要的想法认为这与发生在太阳表面的活动有关。其中之一认为日冕通过截断磁环来获得能量,而另一个理论则认为是磁声波携带了太阳表面的能量加热了日冕。

最新的天文观测支持后者,但要搞清楚日冕和这些波之间的关系仍极为困难。

10.引力波加速恒星

引力波是爱因斯坦从理论上所预言的现象,它以时空涟漪的形式携带了引力辐射的能量。引力波还没有被直接检测到,但目前还只能通过间接的方式来推测,即它们是如何影响其他天体的,即便是这样也很难做到的。

2012年,天文学家发现引力波会改变一个白矮星双星系统的光信号,该系统被称为SDSS J065133.338+284423.37,简称为J0651。它位于约3 000光年之外,两颗成员星之间的距离只有地球到月球距离的三分之一。靠得如此之近意味着,在不到13分钟的时间里,它们就能相互绕转一周,每6分钟就可以相互掩食一次。

它们所发出的引力波会带走能量,使得轨道收缩,这两颗白矮星会越靠越近。由于它们的轨道周期是如此之短且很有规律,科学家们已经注意到了其轨道的收缩。在大约200万年之后,它们预计会发生碰撞。通过观测这个系统,我们可以更多地了解引力波。

[All About Space 2015年总第35期]

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