我校引力組最近獲得重要進展,首次研究了奇宇稱玻色星的光環和圖像,作為封面文章發表在中科院一區雜志Science China Physics, Mechanics & Astronomy(SCPMA)2025年第8期。
宇稱是當代物理學中極為重要的基本概念,是量子力學的基礎對稱性之一。通常來說,宏觀物體例如桌椅,蘋果,電腦,太陽等等都不具備嚴格的奇宇稱或者偶宇稱性質,只有微觀客體而且處于純態才具有定義良好的宇稱性質。
宏觀天體一般用流體描述,但在強引力場或者靠近奇點的情況下流體描述失效。形象的說,對一輛輪胎半徑足夠小的車例如1毫米,非常平柏油馬路也會變得崎嶇不平;用一個放大倍數足夠大的顯微鏡看一個物體,它的顆粒性將會顯現,平滑的用密度和壓強來描述它變得不再合適。因此天體在原則上也應該用場論描述。
在此方向的首個工作由著名物理學家惠勒完成。他提出了極子(Geon)的概念,極子是電磁場在自引力的作用下縮成一團。不幸的是,極子是不穩定的,稍微一點擾動即導致坍縮成黑洞或者彌散到無窮遠。如果太陽是不穩定的,一粒塵埃掉落到太陽上就能導致它成為黑洞或者無窮彌散到整個宇宙。因此,極子在宇宙中實際上不能存在。沿此思路,學者發現一個有質量的標量場能夠在自引力下穩定存在。玻色星能用一個波函數描述,因此是一個純態,應該具有宇稱性質。這是宇稱這個對稱性在宏觀物體的首次嚴格體現,是人類直接觀察宏觀宇稱對稱性的絕佳機會。
我校引力組從理論上首次給出了宏觀奇宇稱玻色星的圖像。以下是哈勃望遠鏡給出的一個著名星云圖像。星云名稱 N90, NGC 602,其中有非常活躍的恒星誕生過程,別名宇宙搖籃。星云距離:200000 光年。
它經過一個奇宇稱玻色星透鏡后圖像如圖所示。


如果物理學院教學樓附近有一個玻色星,則我們經過這個玻色星看到的圖像如圖所示。

附錄:Science China Physics, Mechanics & Astronomy(SCPMA)2025年第8期封面,引力組的研究作為宇宙學的新挑戰封面文章。
