太空中可能充斥著由玻色子構成的透明恆星


去年四月,全世界的目光都集中在黑洞闇影的圖像上,但是德國歌德大學的天文物理學家赫克托·奧利瓦雷斯(Hector Olivares)領導的研究團隊提出了這樣的疑問:我們如何知道M87*是個黑洞?

雖然照片正如我們對黑洞的預期相同,但是,這真的是黑洞,而不是玻色子星嗎?廣義相對論中預測,玻色子(Boson)星能夠增長到幾百萬個太陽質量,並達到非常緻密的狀態,如果真的能夠發現它,那麼它的長相就跟去年四月發現的M87*黑洞長的幾乎是相同的。

玻色子星是最奇特的理論天體之一,傳統的恆星是由費米子組成的,而這種奇特的天體則是由「有質量的」玻色子組成的。費米子受限於包利不相容原理,這意味著無法使兩個完全相同的粒子佔據在相同的空間,然而,玻色子可以疊加,它們在特定的環境中就像是一個大粒子或物質波,實驗室中已經可以重現這樣的場景,又被稱為玻色-愛因斯坦凝態。

在玻色子星的例子中,粒子可以被壓縮到一個空間裡,若以適合的玻色子及特定的排列方法,這個「場」就會成為一個穩定態,理論是如此,但目前仍未發現恆星級的類似結構,那就更不用說超大質量玻色子星了。玻色子星不會核融合反應,也不會發出任何輻射,就跟黑洞一樣,但是與黑洞不同,玻色子恆星是透明的,它們缺乏阻止光子的視界或表面,亦即光子可以逃離玻色子星,僅有路徑可以會受到重力的輕微影響而改變。

有些玻色子星可能被一圈電漿環所包圍,看起來就像是吸積盤,中間黑暗一片,如同一片發光的冬甩(donut =
甜甜圈),因此該研究團隊使用電漿動力模擬得到圖像,但同時他們也發現玻色子星的陰影會比同質量的黑洞陰影小得多,故M87*可能被排除在外。

但是超大質量黑洞可不止這一個,這也意味著他們的研究結果可以與未來事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)的觀測結果互相比較,以確認該目標是否真的為一個超大質量黑洞。

【圖:皇家天文學會月報;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年7月20日出版的英國《皇家天文學會月報》

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