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宇宙偏爱“左撇子”?

/ 宇宙偏爱“左撇子”?

为什么宇宙中充满了东西而不是什么都没有?物理学中几乎所有的基本相互作用都是完全对称的,这意味着它们产生的物质和反物质一样多但是宇宙只有物质,反物质只在偶尔的高能过程中出现

显然,有什么事情发生了打破了这种平衡,那究竟是什么呢?发表在arXiv预印本平台上的新研究表明,答案可能在于名为中微子的幽灵般的小粒子中。

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图片来自Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory。

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2025/an-even-ghostlier-neut.jpg

中微子非常奇特。它们有三种,每一种都几乎没有质量;此外,它们还都是“左撇子”,这意味着它们在运动时内部自旋只朝一个方向。这与所有其他粒子都不同,后者可以朝两个方向旋转。

物理学家怀疑,可能存在着右旋中微子,它们的质量要比我们熟悉的左旋中微子大得多。在早期宇宙中,这两种中微子会更自由地混合在一起。随着宇宙膨胀和冷却,重的右旋中微子变得不可见;对称性破缺让物质与反物质也分离开来

研究人员提出,右旋中微子并没有完全从宇宙中消失。相反,它们混合在一起,形成了另一种新的实体:马约伦粒子(the Majoron),一种假想的粒子,它本身就是反粒子。

一个巨大的、看不见的粒子就这样在宇宙中游荡?无疑,这将是暗物质的理想候选者,暗物质是一种神秘物质,几乎构成了每个星系的质量。这意味着,不同种类中微子之间的相互作用可以解释为什么所有观测到的中微子都是左撇子为什么物质多于反物质为什么宇宙中充满了暗物质虽然这些都是假设,但绝对值得探究。如果我们发现了右旋中微子存在的证据,我们可能就走上了解决一系列宇宙学之谜的正确轨道。
来源 / https://phys.org/news/2025-01-ghostlier-neutrino-universe.html



/ 三星系统的演化

我们的太阳是一颗孤独的恒星——毕竟银河系中至少有一半的恒星都有双星伴星

现在,想象一下天空中有三个太阳。这三颗恒星经历了动荡的一生。其中两颗恒星在大约5亿年前合并成一颗质量更大的恒星。它最终燃烧殆尽,坍缩成一颗异常巨大的白矮星。这场混乱的旁观者是这个星系曾经的第三个成员。它从合并后的伴星中汲取物质,通过变得更大、更亮来获得新生。但是,现在它孤零零地围绕着一颗死星运转。哈勃空间望远镜发现,这颗幸存的恒星具有异常快的自旋速率,这只有在它以恒星合并排出的物质为“食”的情况下才能解释。

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蓝色潜伏者的演化示意图

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2025/nasas-hubble-tracks-do-1.jpg

“蓝色潜伏者”这个名字听起来像是超级英雄电影中的反派角色,但其实这是一种罕见的恒星。哈勃在深入观测大约2800光年外的疏散星团M67时找到了它。数据表明,这颗恒星曾有过动荡的一生,它与另外两颗恒星在引力作用下结合在一起,形成了一个非同寻常的三星系统。这颗恒星与所谓的“蓝离散星”有亲缘关系,它们比想象中更热、更亮、更蓝,因为它们很可能是恒星之间合并的结果。

这颗蓝色潜伏者的旋转速度比预期的要快得多,这种不寻常的行为暴露了它的身份。否则,它看起来就像一颗普通的类太阳恒星。“蓝色”一词有点名不副实,因为这颗恒星的颜色其实与星团中所有其他太阳质量的恒星颜色一样。因此,它算是“潜伏”在普通恒星群中。

自旋速率证明,这个潜伏者一定是从伴星中汲取了物质,从而导致其自转速度加快。普通的类太阳恒星完成一次自转通常需要30天左右,而这颗潜伏者只需要4天。

大约5亿年前,双星系统中的两颗恒星合并,形成了一颗质量大得多的恒星。这个庞然大物很快就膨胀成一颗巨大的恒星,将自己的一些物质倾倒在蓝色潜伏者身上,并在此过程中使其旋转起来。今天,我们观察到蓝色潜伏者正在围绕一颗白矮星运行——也就是大质量恒星合并燃烧后的残骸。目前,M67是科学家们能够详细讲述其演化过程的唯一一个三星系统。
来源 / https://phys.org/news/2025-01-hubble-tracks-blue-lurker-stars.html#google_vignette



/ 水灵灵的宇宙

水是生命之源。地球上的每一种生物都含有水。地球因水而孕育出生命——水和生命之间之所以会有这种关联,部分原因在于水的非凡特性,以及水是宇宙中最丰富的分子之一

水由氧和氢组成,结构简单而坚固。氢来自宇宙大爆炸时的原始火焰,是迄今为止最常见的元素。作为CNO聚变循环的一部分,氧与碳、氮一起产生于大恒星的核心。

鉴于其起源,我们通常认为氧气(以及相应的水)随着时间推移而变得丰富。从最初的恒星到现在,每一代人在生命的最后时刻都会向太空中释放氧气。因此,虽然水在宇宙早期很稀少,但现在却相对常见。但一项新的研究表明,情况并非如此。

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遥远星系CR7的艺术想象图

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2025/the-first-supernovae-f.jpg

天文学家根据恒星的年龄和金属丰度(“金属”指的是氢和氦以外的任何元素)将恒星分为几类。最年轻、金属含量最高的恒星,比如太阳,名为星族Ⅰ最古老的恒星,也就是宇宙中最早出现的恒星,名为星族III

虽然我们还没有直接观测过星族III,但它们应该是完全由氢和氦组成的巨大恒星。我们周围的一切,从海洋、树木再到亲爱的朋友、家人,其源头最早都是在这些恒星中形成的。最近有项新研究认为,星族III使宇宙充满了水

研究小组模拟了小型(13个太阳质量)和大型(200个太阳质量)早期恒星的爆炸。这些恒星还算不上星族III,但它们的金属丰度非常低。根据模拟,这些恒星会让环境中的水变得非常丰富。由这些恒星残骸形成的分子云的水含量是今天银河系中弥散分子云的10到30倍。基于此,研究小组认为,在大爆炸后的1亿到2亿年,分子云中有足够的水和其他元素来形成生命。

但是,虽然水很早就形成了,但电离和其他天体物理过程可能已经会分解掉水分子因此,宇宙中是否真的这么早就出现了生命,仍是一个未解之谜。相关研究已发表在arXiv预印本平台上。
来源 / https://phys.org/news/2025-01-supernovae-early-universe.html#google_vignette



/ 如果有颗超级地球

如果太阳系的小行星带并非如今天这般形成小行星带,而是在火星和木星之间有一颗行星,会如何影响内行星,特别是金星、地球和火星的演化?

自1992年第一颗系外行星被发现以来,研究人员一直想知道像太阳系这样“一群行星围绕恒星运行”的情况有多常见。事实上,我们的太阳系在宇宙中是罕见的;大多数行星系统都比太阳系更紧凑,许多系统里都有超级类地行星

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图片来自Pixabay/CC0 Public Domain

https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2023/solar-system.jpg

如果火星对面有一个超级地球,那么不同的地球质量会产生不同的影响研究人员Emily Simpson提出了五种可能,每种从1%地球质量到10个地球质量不等。针对每种可能,她都模拟了200万年的轨道变化——具体来说,是追踪了其他行星的倾角(行星在其轴线上的倾斜程度)和偏心率(行星轨道偏离正圆的程度)的变化。倾角会影响星球每个季节的温度变化:倾角越大,温度变化越剧烈;离心率则决定了每个季节的长度,较低的离心率会使四个季节长度更为平均。

研究人员发现,质量较低的超级地球对内行星的宜居性影响较小虽然火星“摇摆”得更厉害了,但总体而言,内太阳系仍然适合居住。比如如果是质量为地球一到两倍的行星,我们可能会经历稍热的夏天或稍冷的冬天,但我们仍然可以生活。

然而,对于质量更大的行星,系统结构会发生有害的变化——在模拟一颗质量是地球10倍的行星时,Simpson发现内行星出现了高倾角和高偏心率,使得季节之间出现了危险的温差这甚至可能使地球轨道更接近金星,并脱离目前所处的宜居带

虽然只是假设,但这些观测结果可以帮助天体生物学家预测生命在行星系统中的生存方式和生存位置。这项研究还提供了一个视角,即在扼杀其周围生命的可能性之前,超级地球可以有多大。相关研究已发表在Icarus上。
来源 / https://phys.org/news/2025-01-exploring-alternate-solar-impact-super.html



/ “天关”卫星探测到宇宙早期爆发的软X射线信号

近日,基于“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星,EP)观测数据,中国科学院国家天文台等的科研人员发现1例来自宇宙早期的伽马射线暴。这一爆发事件的发现,标志着人类首次探测到来自宇宙早期爆发的软X射线信号这丰富了人类对宇宙早期伽马射线暴的认识,更为探索宇宙的起源与演化提供了全新视角。

“天关”卫星由中国科学院主导,携手欧洲航天局、德国马普地外物理研究所以及法国国家空间研究中心共同打造。2024年1月9日,“天关”卫星在西昌卫星发射中心发射。“天关”卫星搭载一台宽视场X射线望远镜“万星瞳”(WXT)和一台后随X射线望远镜“风行天”(FXT)WXT负责广域监测宇宙中出没无常的X射线暂现源,FXT负责对WXT发现的暂现源进行更精细深入的后随观测。

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EP240315a艺术想象图

https://www.cas.cn/syky/202501/W020250124331780668509.png

2024年3月15日20时10分44秒,WXT以敏锐的“目光”和宽达3600平方度的广阔视野,在软X射线波段捕捉到了一例爆发事件的微弱脉冲信号。该爆发被命名为EP240315a。EP240315a的亮度存在快速波动且持续超17分钟后逐渐消失。同时,国家天文台研究员刘元设计了WXT的星载触发软件。

在该爆发的X射线信号被探测到1.1小时后,南非阿特拉斯望远镜探测到其快速衰减的光学对应体。后续,通过美国夏威夷双子星北望远镜和智利甚大望远镜的观测,确认这个爆发源自遥远的早期宇宙。该爆发发生时宇宙年龄仅为现在的10%,其信号花费125亿年才抵达地球。

同时,EP240315a的发现,促成了“天关”卫星团队与意大利罗马托尔维尔加塔大学博士Roberto Ricci的合作。Roberto Ricci启动了对这一伽马射线暴的长期射电波段监测。借助澳大利亚望远镜紧凑阵列,三个月的射电观测证实EP240315a能量输出符合伽马射线暴特征。进一步,分析发现,EP240315a与名为GRB240315C的伽马射线暴相关。该暴被美国宇航局Swift-BAT和俄罗斯Konus-Wind探测到。

未来,随着“天关”卫星持续运行以及更多其他设备的投入使用,有望揭开更多类似的宇宙奥秘。

——
站在每一个新年度的开端
斗转星移,循环往复春夏秋冬不断轮转,
日落之后,定有日出
而探索的每一个明天都是新的,
珍惜每一个当下,未来一切皆有可能!
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