仅次于黑洞的极端天体“夸克星”存在吗

2022年10月，发表在《自然天文学》上的一篇文章称:天文学家在一颗超新星遗迹中发现了一颗非常奇怪的中子星它的质量异常小，已经超过了已知中子星的下限要么是现有的中子星模型需要改进，要么可能根本不是中子星，而是一颗奇异星，比如桂格

大质量恒星死亡时，往往会经历超新星爆炸，爆炸喷出的物质会在向外膨胀的过程中与星际介质相互作用，从而形成类似星云的特殊天体，称为超新星遗迹。

最著名的超新星遗迹应该是距离我们6500光年的蟹状星云中间的脉冲星是900多年前爆炸遗留下来的中子星

蟹状星云和中央脉冲星

作为大质量恒星的遗迹，中子星的质量通常不小于太阳质量的1.44倍，这就是钱德拉塞卡极限如果低于这个质量，那么致密星一般会是一颗从未经历过超新星爆发的白矮星，就像我们太阳的未来结局一样

电子简并压力支持下的白矮星

中子星研究的难点之一是距离的测量例如，今天提到的超新星遗迹之前被计算出位于1万多光年之外可是，最近发现这里隐藏着另一颗明亮的恒星，因此研究人员利用欧洲航天局盖亚望远镜的数据重新计算了这颗遗迹的距离原来它比我们想象的要近得多，只有8000光年左右

超新星遗迹赫斯J1731—347

这个结果直接影响到以前中子星的特征估计于是研究人员结合牛顿X射线望远镜的数据，重新计算了中子星的特征结果这颗中子星的质量只有太阳的0.77倍，半径约10.4公里

这个结果说明它和所有已知的中子星都不一样，也就是说要么我们现有的中子星模型有问题，要么就是未知的奇异星，比如桂格。

但是目前还没有可靠的关于夸克星的理论和模型，甚至在很多情况下，一些中子星被认为符合夸克星的某些特征。

我们知道，天文学家在20世纪60年代发现了预测的脉冲星，也就是旋转的中子星。

第一颗被发现的脉冲星CP1919

当时人们对小于中子的夸克结构了解不多，只知道中子简并压可以在电子简并压后继续抵抗恒星的引力坍缩。

中子简并压力支持的中子星

如果恒星碎片的质量大于奥本海默极限，那么中子简并压力将无法承受，因此恒星只能继续坍缩，直到变成黑洞可是，中子星和黑洞之间是否存在中间过程，科学界仍然没有确定的答案

黑洞和中子星

即使是中子星，目前，我们也还没有完全了解它的具体物质形态因为中子星的内部结构取决于此时物质的物态方程但是核子之间的相互作用模型仍然存在不确定性特别是在中子星核心的超高密度环境中，物质的组成状态可能会发生变化，这将使物质出现新的结构和状态，反映在状态方程中，即会有更多的自由度

不同状态方程给出的中子星结构差异较大，但当今主流模型认为中子星核心应该存在特殊的物质形态，比如超子物质。

平时我们熟悉的由质子和中子组成的物质，其内部由第一代费米子的上下夸克组成除了上夸克和下夸克，超子还包含至少一个第二代费米子奇夸克

在这个模型中，中子星中不仅存在含有奇夸克的超子物质，还存在一些突破夸克禁闭的自由夸克物质。

可见中子星和夸克星并没有明确的界限，它们只是侧重点不同的模型而已中子星不是完全由中子组成的天体，夸克也不是完全由自由夸克组成的夸克球它们可能都具有复杂的内部结构和物质形态

可是，中子星和夸克星有一些不同例如，对于中子星来说，它的质量与半径的立方成反比，即质量越大，体积越小

m∧1/R

因为质量越大，引力越大，物质越容易被拉向中心中子星的半径是有下限的，大概是10公里左右如果质量更大，中子星会被压缩成黑洞因此，典型中子星的质量范围通常在钱德拉塞卡极限和奥本海默极限之间，约为太阳质量的1.4~3倍

但对于夸克星来说，其质量与半径的立方成正比，即质量越大，头部越大。

M ∝ R

虽然与传统的中子星模型相比，夸克星内部的核子之间有很强的相互作用，理论上密度更大但对于夸克星来说，它的质量构成与传统中子星和其他天体有很大不同

另外，与中子星不同，10公里是中子星的半径下限，但对夸克星来说是半径上限，夸克星的半径下限可能根本不存在这意味着从某种意义上来说，克瓦希涅夫斯基的范围非常广泛，即使有微小的奇怪物质在恒星之间游荡，你也可以称之为克瓦希涅夫斯基

如何形成夸克克星通常除了中子星，夸克星也可能是直接由其他大质量恒星演化而来比如一些红色超巨星，II型超新星或者由它们演化而来的沃夫—瑞叶星，都有可能发展成夸克

目前很多性质异常的中子星都被怀疑是夸克除了今天提到的那颗，比如已知离我们最近的中子星，也因为太小被认为是夸克星

RX J1856.5—3754

仙后座还有这颗毫秒脉冲星3C58，由于其异常高的冷却速率，无法用中子星模型解释，因此也被怀疑是一颗夸克星。

3C58

还有位于大麦哲伦星云内的SN 1987A，是1987年在狼蛛星云外发现的超新星爆发但奇怪的是，人们至今没有在这里发现坍缩的中子星为此，天文学家提出了各种猜想来解释这颗失踪的中子星，其中一个猜想是它可能已经变成了一颗夸克星

还有史上最亮的超新星SN 2005ap和SN 2006gy，亮度非常异常，比一般的II型超新星亮几百倍这颗异常明亮的超新星意味着那里有大量额外的能量，这也让人怀疑那里可能诞生了某种夸克

SN 2005ap

SN 2006gy

那么夸克星存在吗就像我刚才说的，现阶段，我们对夸克星的了解还是很有限的目前还没有一个统一可靠的模型可以解释所有的现象即使宇宙中存在这样的天体，我相信也不会有一天突然被我们发现和中子星，黑洞一样，应该是伴随着科学的发展和认识的深入，逐渐被人们接受的新概念