大部分恒星源于黑洞-夸克星碰撞產(chǎn)生之碎塊的有力證據(jù)

——兼論Schwarzschild球核在恒星形成中的作用

韓經(jīng)緯^1,2,3，張海鵬^3,4,，張操⁵,，唐富龍³

(1.北京朝野環(huán)境科技有限公司計(jì)算物理實(shí)驗(yàn)室，北京100089,；2.天津理工大學(xué),，天津300384；3.涿鹿縣醫(yī)院放射醫(yī)學(xué)與應(yīng)用物理研究所,，河北張家口075600,；4.涿鹿縣醫(yī)院神經(jīng)外科五病區(qū)，河北張家口075600,； 5.復(fù)旦大學(xué)物理系,，上海200433)

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.51899131)；河北省人力資源和社會(huì)保障廳“三三三人才工程”項(xiàng)目（No.202019990508）

韓經(jīng)緯信箱：[email protected]

關(guān)鍵詞：反電子中微子,；不穩(wěn)定對超新星,；起源，恒星,；黑洞,；夸克星,；宇宙起源

2013年初，中國張海鵬提出大部分恒星起源于超巨質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎片-碎塊（不同于西方學(xué)院派的恒星起源于氫云的引力坍縮觀點(diǎn)）^[1,2,3],。該學(xué)說認(rèn)為,，超巨質(zhì)量黑洞（原始夸克星）的碎塊在失去足夠的引力束縛后，其正負(fù)夸克蛻變?yōu)橹凶?，中子進(jìn)而通過β衰變?yōu)闅湓雍耍ㄙ|(zhì)子）與電子（并釋放大量的反電子中微子）組成的等離子體即恒星,。

本文進(jìn)一步分析支持恒星起源于超巨質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎片-碎塊的新的證據(jù)。

1. 恒星產(chǎn)生的速度不支持氫云引力坍縮機(jī)制

1.1證據(jù)（一）

哈勃望遠(yuǎn)鏡最近一次對2.7億光年外IC 1623的拍攝圖像顯示星系（其中心為超大質(zhì)量黑洞）碰撞后大量新恒星的產(chǎn)生^[4],。其被推測為“兩個(gè)星系內(nèi)原本沒機(jī)會(huì)坍塌成恒星的星云,，也開始被兩個(gè)星系碰撞的引力擾動(dòng)，大批量形成新的恒星,，也就是'星爆’現(xiàn)象^[4]”,。

然而氫云（星云）通過引力坍縮形成恒星是1.5~3億年以上的漫長過程，上述“大批量形成新的恒星^[4]”——顯然不支持氫云（星云）引力坍縮成恒星,；而上述星系（其中心為超大質(zhì)量黑洞）碰撞后大量新恒星的產(chǎn)生^[4]——客觀上恰恰支持超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊是恒星的主要來源,！

1.2證據(jù)（二）

科學(xué)家們通過天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，宇宙中目前已知的最大的星系團(tuán)（質(zhì)量相當(dāng)于1000萬億個(gè)太陽）早在宇宙誕生14億年后形成,，這個(gè)巨大的星團(tuán)中,，由14個(gè)星系碰撞形成的，被壓縮在相當(dāng)于銀河系星系盤直徑4倍的區(qū)域內(nèi)^[5],，同時(shí),，它的單個(gè)星系形成恒星的速度比銀河系快了1000倍^[5]。這個(gè)巨型星團(tuán)的擁擠和恒星誕生速度是前所未有的,，也是目前的恒星（氫云引力坍縮形成）及星系演化理論解釋不了的^[5],。

上述觀測結(jié)果，客觀上進(jìn)一步支持超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊是恒星的主要來源,！

如果這些恒星系氫云引力坍縮形成,，則必然形成一個(gè)巨大的恒星而不是氫云被分割的多個(gè)、非巨大的恒星,；如果這些恒星系氫云引力坍縮形成,，則這些氫云更可能被星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸食（而不是形成恒星）！

1.3證據(jù)（三）

科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn),，在距離超大質(zhì)量黑洞（SDSS J140821.67+025733.2）2.3萬光年遠(yuǎn)的一個(gè)巨大星系中,，每年至少會(huì)生產(chǎn)360顆全新的恒星^[6]！

1.4證據(jù)（四）

美國西北大學(xué)的天體物理學(xué)家杰夫·安德魯斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：在忒伊亞456恒星流中,，大約有近500顆恒星在同日出生^[7]!!,，而且，科學(xué)家們已經(jīng)在銀河系的周圍找到了8000多個(gè)恒星流^[7]；而在球狀結(jié)構(gòu)恒星團(tuán)之中,，也至少存在著幾十顆甚至上百顆同一個(gè)時(shí)期誕生的恒星^[7],。

這些恒星的誕生速度，顯然不是氫云引力坍縮的時(shí)間（至少需1.5億~3億年）可以解釋的,。而超大質(zhì)量黑洞之間的碰撞產(chǎn)生的碎片^[1,2,3]——?jiǎng)t可很好地解釋之,。

     此外，已經(jīng)知道,，星系（其中央為超大質(zhì)量黑洞）之間的碰撞，會(huì)在核心周圍產(chǎn)生新的恒星^[8],；而銀河系中心的直徑為1.3萬光年的核球中,，存在著多達(dá)100億顆恒星^[9]——?jiǎng)t進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。銀河系的中心是整個(gè)銀河系恒星密度最大的地方,，是其他區(qū)域恒星密度的10億倍^[10],；而銀心的區(qū)域，恰恰是大質(zhì)量黑洞的“產(chǎn)房”^[10],。上述觀測結(jié)果客觀上均支持恒星主要源于超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊,。

 2.紅矮星的質(zhì)量進(jìn)一步支持恒星由超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生之碎塊形成

超大質(zhì)量黑洞之間碰撞產(chǎn)生的碎片-碎塊可以是恒星、中子星,、恒星級黑洞,，此取決于碎塊的質(zhì)量。已知中子星的質(zhì)量范圍大約為太陽質(zhì)量的1.44~2.20倍,，因此,，超大質(zhì)量黑洞產(chǎn)生的恒星如果作為恒星的主體，則大部分恒星的質(zhì)量應(yīng)該小于中子星的質(zhì)量下限即1.44倍太陽質(zhì)量（錢德拉塞卡極限）^[11],。檢索發(fā)現(xiàn),，紅矮星即主序星中比較“冷”的M型及K型恒星（其因?yàn)楸砻鏈囟容^低，所以看上去是紅色的）,，其質(zhì)量在0.8倍太陽質(zhì)量以下^[12],。以往認(rèn)為紅矮星的數(shù)量接近恒星的70%^[12]，而大約2013年國際天文學(xué)家小組通過對系外行星的調(diào)查發(fā)現(xiàn),，宇宙中接近四分之三的恒星是紅矮星^[13],。

總之，宇宙中接近四分之三的恒星的質(zhì)量在1.44倍太陽質(zhì)量之下——這是恒星主要源于超大質(zhì)量黑洞碰撞之碎塊^[1,2,3]的又一個(gè)有力證據(jù)^[11],。而紅矮星也可合并為質(zhì)量更大的恒星,。

假如恒星主要由氫云坍縮形成，作為紅矮星前身的“氫云”的總質(zhì)量必然遠(yuǎn)小于0.8倍太陽質(zhì)量,，那么這個(gè)總質(zhì)量小的“氫云”的“引力坍縮”無疑是很困難的,！

3.最早恒星誕生的時(shí)間不支持氫云引力坍縮

根據(jù)哈勃定律與歐洲普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)計(jì)算宇宙的年齡是138.1億年，然而，最古老的恒星HD-140283的年齡為139~160億年^{[14,15,16,17]},，主流觀點(diǎn)傾向于144億年^[16,3],。

這種反常的結(jié)果，是宇宙年齡的計(jì)算公式出現(xiàn)了較大的誤差,，或（和）恒星年齡的計(jì)算公式出現(xiàn)了誤差,，然而，其可能性最大的是,，恒星HD-140283幾乎與宇宙同時(shí)誕生^[3],！也就是說，該恒星很可能是宇宙誕生之際產(chǎn)生的原始夸克星（超巨質(zhì)量黑洞）碰撞產(chǎn)生的碎塊^[3],。

南京大學(xué)施勇團(tuán)隊(duì)通過對兩個(gè)低金屬元素含量的近鄰恒星形成星系Sextans A和ESO 146-G14的多波段紅外觀測,，發(fā)現(xiàn)這些恒星形成區(qū)域恒星形成效率遠(yuǎn)低于類銀河系星系的觀測結(jié)果，暗示了130億年前宇宙原初氣體可能無法有效地形成新恒星（這一研究結(jié)果發(fā)表在國際最權(quán)威的Nature雜志上）^[18]——此系宇宙早期恒星難以以氫云引力坍縮方式形成的十分有力的證據(jù),！

而2010年的觀測證據(jù)表明,類星體（其中心為超大質(zhì)量黑洞）的形成及演化與高紅移星系（宇宙早期的星系）的形成及演化存在嚴(yán)格地聯(lián)系^[19],。還有研究表明,在宇宙的恒星形成峰值時(shí)期, 極亮紅外星系的恒星形成率占宇宙總量的一半^[20],而極亮紅外星系是類星體的演化前期^[21,22]。此有力地支持至少宇宙一半的恒星源于超大質(zhì)量黑洞（碰撞產(chǎn)生的碎塊）,。

我們所在的宇宙很可能源于上次宇宙的收縮而成的超超巨質(zhì)量的夸克星（黑洞）^[1],，當(dāng)其中的夸克被引力壓縮到10^-35米（普朗克尺度）時(shí)，夸克星的所有質(zhì)量轉(zhuǎn)化為真空暗能量,，進(jìn)而暴漲,，此后真空暗能量的密度擾動(dòng)生成數(shù)個(gè)原始夸克星/超巨質(zhì)量黑洞（但因宇宙早期無黑洞的吸積盤而難以發(fā)現(xiàn)）；而在正負(fù)夸克形成原始夸克星的過程中釋放出高頻高能光子^[1],，2014年美國學(xué)者發(fā)現(xiàn)的超出理論值4倍的紫外輻射——很可能就是上述高能光子在宇宙膨脹中波長被拉長的產(chǎn)物^[3],。

在宇宙膨脹中，超巨質(zhì)量的夸克星合并的幾率減少,，其分化為恒星,、中子星及恒星級黑洞進(jìn)而成為星系是其演化的主方向。盡管黑洞可吞噬氫云甚至恒星（形成吸積盤）,，盡管大質(zhì)量恒星可通過超新星爆發(fā)生成恒星級黑洞,，盡管極少數(shù)恒星級黑洞合并成中等質(zhì)量黑洞（目前僅觀測到1例），那也僅僅是局部性的向黑洞的退化（而非主流）,。此外,，盡管超新星爆發(fā)很常見，但其次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及恒星級黑洞的數(shù)量,，僅銀河系即存在上億顆恒星級黑洞^[23],，因此推測，恒星級黑洞同樣主要源于超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊,。

    事實(shí)上,，2013年，國際天文學(xué)家小組已發(fā)現(xiàn)宇宙早期存在大量黑洞^[24]，這些超巨質(zhì)量黑洞最終演化為今天的星系（其中心為超大質(zhì)量黑洞）^[25],。而近年認(rèn)為,，根據(jù)超大型黑洞的質(zhì)量來推算，想要通過恒星坍縮來形成如此龐大的黑洞,，其恒星的大小足以媲美一座星系,，而宇宙中根本不存在如此龐大的恒星，所以超大型黑洞不可能是通過恒星坍縮來形成的^[26],；也因此,，近年科學(xué)家推測，超大型黑洞很可能是宇宙大爆炸的早期,，在物質(zhì)高度密集的環(huán)境中,，由一些“致密點(diǎn)”誕生的^[26]。而恒星通過超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生則可早在宇宙38萬年形成宇宙微波背景（CMB）輻射之前即可產(chǎn)生^[1,3],，此與前述的最古老的恒星HD-140283幾乎與宇宙同齡一致。

4.氫云史瓦西球核點(diǎn)燃核聚變——恒星產(chǎn)生的次要方式

上述的大部分恒星源于超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊并不意味著“傳統(tǒng)”的氫云引力坍縮學(xué)說在恒星的產(chǎn)生中沒有作用,；事實(shí)上,，恒星,主要是大質(zhì)量恒星（約占恒星總數(shù)的1%^[12]）很可能主要通過氫云引力坍縮形成。問題是氫云的核聚變是如何點(diǎn)燃的,？我們認(rèn)為,，龐大的氫云球的中心的史瓦西（Schwarzschild）核（以史瓦西半徑為半徑的球核）不斷地積蓄光子而使其溫度不斷升高——可能有重要作用^[27,28]。星體的史瓦西半徑Rs=2GM/c²（萬有引力常數(shù)乘以天體質(zhì)量乘以二再除以光速的平方）^[29],，在形成恒星的龐大的氫云球的史瓦西半徑內(nèi),，光子無法逃出而周邊的光子則不斷進(jìn)入，通過不斷積蓄的能量,，最終質(zhì)變而點(diǎn)燃核聚變（即恒星誕生）^[27,28],。

而不穩(wěn)定對超新星的熱核爆炸（將恒星完全的吹散而無需留下黑洞的殘骸）^[30]也可能與大質(zhì)量恒星的史瓦西半徑內(nèi)光子的巨量積蓄有關(guān)^[31],。同理,，地球中心的高溫也可能與史瓦西球核有關(guān)。

5.結(jié)語

恒星的演化與星系中心超大質(zhì)量黑洞有嚴(yán)格的聯(lián)系^[19],；綜上所述,，大量觀測結(jié)果支持恒星主要源于超大質(zhì)量黑洞碰撞產(chǎn)生的碎塊；測定恒星形成時(shí)釋放的反電子中微子（準(zhǔn)中子星β衰變）可進(jìn)一步證實(shí)之（此亦可能與太陽中微子丟失之謎^[32]有關(guān)）,。

恒星的起源不僅是天體物理學(xué)/宇宙學(xué)的基本問題,，亦是自然科學(xué)的基本問題^[18]；此外,，恒星特別是太陽,，直接關(guān)乎地球的氣候、環(huán)境。

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