我校引力组最近获得重要进展,首次研究了奇宇称玻色星的光环和图像,作为封面文章发表在中科院一区杂志Science China Physics, Mechanics & Astronomy(SCPMA)2025年第8期。
宇称是当代物理学中极为重要的基本概念,是量子力学的基础对称性之一。通常来说,宏观物体例如桌椅,苹果,电脑,太阳等等都不具备严格的奇宇称或者偶宇称性质,只有微观客体而且处于纯态才具有定义良好的宇称性质。
宏观天体一般用流体描述,但在强引力场或者靠近奇点的情况下流体描述失效。形象的说,对一辆轮胎半径足够小的车例如1毫米,非常平柏油马路也会变得崎岖不平;用一个放大倍数足够大的显微镜看一个物体,它的颗粒性将会显现,平滑的用密度和压强来描述它变得不再合适。因此天体在原则上也应该用场论描述。
在此方向的首个工作由著名物理学家惠勒完成。他提出了极子(Geon)的概念,极子是电磁场在自引力的作用下缩成一团。不幸的是,极子是不稳定的,稍微一点扰动即导致坍缩成黑洞或者弥散到无穷远。如果太阳是不稳定的,一粒尘埃掉落到太阳上就能导致它成为黑洞或者无穷弥散到整个宇宙。因此,极子在宇宙中实际上不能存在。沿此思路,学者发现一个有质量的标量场能够在自引力下稳定存在。玻色星能用一个波函数描述,因此是一个纯态,应该具有宇称性质。这是宇称这个对称性在宏观物体的首次严格体现,是人类直接观察宏观宇称对称性的绝佳机会。
我校引力组从理论上首次给出了宏观奇宇称玻色星的图像。以下是哈勃望远镜给出的一个著名星云图像。星云名称 N90, NGC 602,其中有非常活跃的恒星诞生过程,别名宇宙摇篮。星云距离:200000 光年。
它经过一个奇宇称玻色星透镜后图像如图所示。


如果物理学院教学楼附近有一个玻色星,则我们经过这个玻色星看到的图像如图所示。

附录:Science China Physics, Mechanics & Astronomy(SCPMA)2025年第8期封面,引力组的研究作为宇宙学的新挑战封面文章。
