銀河系可能有反物質(zhì)星

貝莫亭

晴朗的夜晚，眾星吐輝。在你看來，這些星除了明暗不一樣，或許都差不多吧。但里面很可能藏有幾個怪異的天體，組成它們的物質(zhì)都跟尋常的天體大不一樣呢。這些天體就是反物質(zhì)星。

什么是反物質(zhì)星？

反物質(zhì)星，顧名思義，就是由反物質(zhì)組成的星。

在自然界，任何粒子都有其對應(yīng)的反粒子。粒子和反粒子，除了所帶電荷符號相反，其他方面如電量、質(zhì)量、平均壽命都完全相同。如果是較為復(fù)雜的原子呢，只要把里面所有的粒子都換成反粒子，即可得到對應(yīng)的反原子。譬如，氫原子是由1個質(zhì)子和核外的1個電子組成的，反氫原子則是由1個反質(zhì)子和核外的1個正電子組成的。

普通恒星靠把氫聚變成氦而發(fā)光。反物質(zhì)恒星則靠把反氫聚變成反氦而發(fā)光。

正如普通恒星發(fā)射光子，反物質(zhì)恒星應(yīng)該發(fā)射反光子才是，但巧得很，光子不帶電，它的反粒子是它自身，所以假如反物質(zhì)星存在的話，它發(fā)射的光跟普通恒星沒有任何區(qū)別。我們沒辦法僅僅根據(jù)星光來判斷它是否來自反物質(zhì)恒星。

反物質(zhì)星可以存在

為什么要說“假如反物質(zhì)星存在”呢？因為按標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，反物質(zhì)星是不應(yīng)該存在的。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸學(xué)說，宇宙在大爆炸之后，物質(zhì)和反物質(zhì)同時從虛空中被創(chuàng)造出來。但由于迄今不明的機制，物質(zhì)和反物質(zhì)比例不是對等的，物質(zhì)所占的比例要略高一些。

隨后，物質(zhì)和反物質(zhì)碰在一起，相互湮滅，轉(zhuǎn)化成能量，最后宇宙中僅剩下多余的物質(zhì)。所有的星系、恒星都是從湮滅后剩余的物質(zhì)中演化而來的。所以，在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型里，反物質(zhì)星是不應(yīng)該存在的。

不過，法國圖盧茲大學(xué)的天文學(xué)家西蒙·杜普奎認(rèn)為，宇宙是那么空曠，或許有些反物質(zhì)逃過了湮滅的命運而幸存下來，最后聚集成團，演化成了反物質(zhì)恒星。按他的計算，反物質(zhì)星可以存活到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宇宙目前的年齡而不會完全消亡。

還有一個觀測結(jié)果，也可以作為反物質(zhì)星可能存在的證據(jù)。

2018年，固定在國際空間站外部的阿爾法磁譜儀捕捉到8個反氦原子。雖然宇宙射線有時擊中普通物質(zhì)可以產(chǎn)生反物質(zhì)粒子，但那都是比較簡單的反物質(zhì)粒子，比如反質(zhì)子和正電子等。而反氦原子核由2個反質(zhì)子和2個反中子組成，目前還沒有發(fā)現(xiàn)宇宙射線能夠產(chǎn)生這么復(fù)雜的東西。

它們是從哪里來的呢？一個合理的猜測是，它們來自反物質(zhì)恒星。因為在那里，反氫（反質(zhì)子）聚變成反氦的過程時時刻刻都在發(fā)生著。

也許銀河系就有反物質(zhì)星

不過，即使反物質(zhì)星存在，除了它們的核心處在燃燒反物質(zhì)之外，它們外在的表現(xiàn)（如它們發(fā)射的光、它們的引力）跟普通恒星幾乎完全一樣，要把它們從數(shù)以億計的恒星中甄別出來，也實在是太困難了。

有一個勉為其難的辦法。在我們的宇宙中，反物質(zhì)星處于普通物質(zhì)的包圍中，因此，應(yīng)該經(jīng)常會有物質(zhì)落入反物質(zhì)星。當(dāng)物質(zhì)和反物質(zhì)相遇時，會相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量，以高能伽馬射線的形式釋放出來。這個過程估計會在反物質(zhì)星的表面頻繁地發(fā)生——如果它們存在的話。

不過麻煩的是，宇宙中高能伽馬射線的來源很多，如強大的脈沖星或遙遠(yuǎn)的活動星系核，都可以產(chǎn)生高能伽馬射線。由于我們目前還沒有更好的辦法甄別反物質(zhì)星，我們只好采取排除法：首先把能找到發(fā)射高能伽馬射線原理的天體一一排除之后，剩下那些發(fā)射機制迄今不明的天體，就有可能成為反物質(zhì)星的候選者。

2021年，西蒙·杜普奎和他的同事檢查了來自費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，他們找到了14個反物質(zhì)星的候選者。如果它們都是反物質(zhì)星，那按照他們的計算，在銀河系中，每40萬顆恒星中可能就有一顆反物質(zhì)恒星。

這只是最樂觀的估計。未來，這14顆候選天體中，如果誰發(fā)射高能伽馬射線的機制，能用其他機制解釋，那么它就會落選出局。

不過，哪怕其中只有一顆是反物質(zhì)星，也意義重大。我們將不得不重新考慮我們對早期宇宙的理解，以便弄清它是如何形成的。

小貼士

活動星系核

在銀河外的星系中，有一類很活躍的星系，它們通常有一個明亮的核，很多時候這個核的輻射超過了整個星系恒星的總亮度，這種明亮的核我們稱之為活動星系核。一般認(rèn)為，活動星系核的明亮輻射來源于星系中心的一個超大質(zhì)量黑洞吸積周圍的物質(zhì)釋放出的能量，對于一個1億個太陽質(zhì)量的黑洞，每年只要吸積1到2個太陽質(zhì)量的物質(zhì)就足以產(chǎn)生這樣明亮的輻射。