夸克星作为介于中子和黑洞之间的天体在20世纪60年代提出。虽然理论上认为存在,但至今没有发现这样的星星。相信未来会发现这颗奇特的星星。
它的形成同样是来自于恒星的演化,恒星是否可以演化成为一颗夸克星体取决于恒星的质量,当恒星的质量低于形成夸克星的条件时,恒星会演化成一颗中子星,因此,恒星的质量决定了星体的命运走向。
为什么夸克星是介于中子星和黑洞之间的一种星体?
当恒星燃烧后,死亡的恒星会在自身引力的作用下发生塌缩现象,当引力的作用大于电子简并压时,会把电子压缩到原子核中,同质子中和形成中子,如果引力的作用小于中子简并压,就会形成一颗中子星,中子的简并压抗衡了恒星自身的引力作用。
而当恒星自身引力大于中子的简并压时,中子破碎成自身的组成成分,也就是夸克,在恒星的高压下,中子分离而成的夸克会进一步转化为奇夸克,产生一种更加致密的星体,这种星体称为夸克星。
然而,当恒星质量再大一些数量级,夸克星就会在自身的引力作用下进一步塌缩,形成一个超级致密的黑洞。真正决定恒星是否能够成为夸克星的关键因素取决于恒星的质量级别。
能够为夸克星提供理论支持的一项证据是量子色动力学的渐近自由特性。在1973年,弗朗克·韦尔切克(Frank Wilczek),戴维·格娄斯(David Gross)和休·波利策(Hugh Politzer)三人发现了渐近自由,如果能量足够高,夸克之间的相互作用就会变得越来越弱而处于一种接近自由的状态。
对于夸克星来说,在宇宙中非常的罕见,这是因为它的形成条件非常苛刻,要求恒星的质量在一定的级别内,既不形成中子星,也不塌缩为黑洞,另一方面原因是夸克星的寿命不是很长,通常都会很快演化为黑洞。
有些夸克星的质量非常大,其引力作用强大到连光线都无法逃逸,它的行为看上去十分类似黑洞。
假设夸克星的质量为M,一个物体的质量是m,物体的运动速度为v,当运动物体的动能小于引力势能时,物体是无法逃逸出引力的控制范围的,用公式描述出来如下:
公式左边是动能,右边是引力势能,动能小于等于引力势能,物体无法逃逸出该星球,把该公式进一步简化后得到:
当速度达到光速c时,带入公式得到:
当一个星体的质量和半径满足这个关系时,就连光线也无法逃离星体的引力范围,夸克星的质量达到这个标准时,就会形成一个黑暗的星体。
早在1796年的时候,法国的拉普拉斯在《天体力学》中谈到关于暗星的理论,拉普拉斯认为宇宙中最大的星体有可能是看不见的,星球越大,万有引力也越大,上抛物体逃离星球就越困难,当引力大到连光也被拉回来的时候,外界的人就无法看到这颗星了。
有很长一段时间,人们一直把暗星理论当做黑洞去对待,其实暗星天体就是夸克星,一种介于中子星和黑洞之间的天体,相信在未来某一天,夸克星会被人类发现。