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​约翰·霍普金斯大学天体物理学家发现量子现象

上传时间:2020-07-31浏览量:84

摘要:约翰霍普金斯大学的一个由学生领导的小组研究了白矮星的质量半径关系,在他们的数据中观察到了量子力学和爱因斯坦的广义相对论的证据。下面和托普仕小编来详细了解一下吧。

  在每颗白矮星的心脏处-恒星在接近生命周期尽头时耗尽其燃料储备后留下的稠密恒星物体-是一个量子难题:随着白矮星增加质量,它们会收缩直到它们变得如此小且紧密地压紧以致无法维持自身,然后坍缩成中子星。

  白矮星的质量和大小之间的这种令人费解的关系称为质量半径关系,最早是在1930年代由获得诺贝尔奖的天体物理学家Subrahmanyan Chandrasekhar提出的。现在,一个由约翰·霍普金斯大学天体物理学家组成的团队开发了一种方法,可以使用斯隆数字天空调查所收集的天文数据和盖亚太空观测站最近发布的数据集来观测这种现象本身。合并的数据集为团队研究提供了3,000多个白矮星。

  由霍普金斯大学高级研究人员韦丹·钱德拉(Vedant Chandra)领导的研究结果报告现已在《天体物理学杂志》上发表,可在arXiv上在线获得。

  物理学系副教授纳迪亚·扎卡姆斯卡(Nadia Zakamska)说:“质量半径关系是量子力学和引力的惊人结合,但对我们来说是违反直觉的—我们认为,随着物体质量的增加,它应该变得更大。” 天文学监督学生研究人员。“该理论已经存在了很长时间,但是值得注意的是,我们使用的数据集具有空前的规模和空前的准确性。这些测量方法(在某些情况下是几年前开发的)突然变得非常好,这些古老的理论终于可以探究了。”

  该团队使用多种测量方法获得了结果,这些测量方法主要包括重力红移效应,即随着光从物体移开,光的波长从蓝色变为红色。这是爱因斯坦广义相对论的直接结果。

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  “对我来说,这项工作的美妙之处在于,我们所有人都在学校和教科书中学习了有关光将如何受到重力影响的这些理论,但是现在我们实际上已经看到了恒星本身的这种关系,”五年级研究生Hsiang说-Chih Hwang提出了这项研究,并首先认识到了数据中的重力红移效应。

  该团队还必须考虑到恒星在太空中的运动如何影响其重力红移的感知。类似于消防车警报器根据其相对于听众的运动来改变音高一样,光频率也根据发光物体相对于观察者的运动而变化。研究贡献者四年级的研究生Sihao Cheng说,这被称为多普勒效应,本质上是一种分散注意力的“噪声”,使引力红移效应的测量变得复杂。

  为了解决由多普勒效应引起的变化,研究小组按半径对样本中的白矮星进行了分类。然后,他们对大小相似的恒星的红移求平均,从而有效地确定了无论恒星本身位于何处或相对于地球移动的位置,都可以预期它具有一定的固有引力红移。可以将其视为对给定时间在给定区域内移动的所有消防车的所有俯仰的平均测量值–您可以预期,任何消防车,无论其向哪个方向移动,都将具有该平均值的固有俯仰值。

  这些内在的引力红移值可用于研究未来数据集中观测到的恒星。研究人员说,即将到来的更大,更准确的数据集将允许对其测量值进行进一步的微调,并且这些数据可能有助于将来对白矮星化学成分的分析。

  他们还说,他们的研究代表了从理论到观察到的现象的激动人心的进步。

  扎卡姆斯卡说:“由于恒星变得越来越大,它变得越来越小,引力的红移效应也随着质量的增长而增长。” “而且这有点容易理解-从密度较小,更大的物体中脱出比从质量更大,更紧凑的物体中脱出更容易。这正是我们在数据中看到的。”

  该团队甚至在家里为他们的研究寻找俘虏的观众-他们是在冠状病毒大流行期间进行工作的。

  钱德拉说:“我对祖父的称赞是,基本上,您会看到量子力学和爱因斯坦的广义相对论共同产生了这一结果。” “当我这样说时,他感到非常兴奋。”

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