飘忽的“布克达尔星”是没有事件地平线的黑洞。但它们真的存在吗？

By Paul Sutter

 2023/1/16

这些假设的恒星是宇宙中最密的能不用变成成熟的黑洞存在的天体。

美国宇航局的模拟显示在一个星系中心的一个超大质量黑洞。假設的布克達尔恆星可能以各种方式像一个黑洞一样，省下它們的不可逃避的拉力。 (Image credit: NASA)

太空中一个飘忽的天体为科学家提供一个谜团。它看起来像一个黑洞一样。它像一个黑洞一样行为。它甚至可能闻起来像一个黑洞一样。但它有一个关键的区别：它没有事件地平线，这意味着如果你足够努力，你能逃脱它的引力抓住。

它被称为一颗布克达尔星，它是宇宙中本身不用变成一个黑洞能存在的最密的天体。

但从来没有人已经观察到过它，这导致来质疑关于是否这个神秘的天体实际的存在。现在，一位物理学家可能已经发现了一个布克达尔星的新属性，可以帮助回答这个问题。

黑洞之旅

大体上，天文学家同意黑洞存在。我们看到处看到它们的证据，包括当它们碰撞时释放引力波以及它们在周围物质中雕刻出的急剧的阴影。天文学家也了解黑洞怎样形成：它们是大质量恒星的灾难性引力坍塌的残骸。当巨星死亡时自然中没有任何力能够维持恒星的自身重量，因此这些注定要灭亡的庞然大物只是保持将它们自己压成无穷小。

然而，天文学家目前不了解的是不用变成一个黑洞怎样能获得一个被压缩的天体。我们知道白矮星它在一个相当于地球的体积内包含值一个太阳的质量，我们知道中子星将所有这些进一步压缩成一个城市的体积。但我们不知道是否有任何仍然避免变成一个黑洞的命运的更小的东西。

艺术家一个超致密中子星的概念，闪烁着X射线能量的爆发. (Image credit: NASA Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA))

1959年，德裔澳大利亚物理学家汉斯·阿道夫·布克达尔（Hans Adolf Buchdahl）探索了一颗高度理想化的“恒星”------被一团完美的物质的圆球代表------随它尽可能多的被压缩可能行为。随圆球变得越来越小，它的密度上升，使它的自身的引力拉力甚至更强烈。用爱因斯坦广义相对论的工具，布克达尔发现了该圆球大小的一个绝对下限。

这个特殊半径等于圆球的质量的9/4倍乘以牛顿的引力常数，全部除以光速的平方。

布克达尔极限是重要的，因为它定义仍能避免变成一个黑洞的最密天体。在此之下，物质的圆团必须总是变成一个黑洞，至少在相对论中。

在边缘上生活

发现恰好达那个极限的边缘的异域天体------所谓的布克达尔星------已经变成理论家和观测学家的一个流行的消遣。现在，印度浦那大学天文学和天体物理学中心的物理学家纳雷什·达迪奇（Naresh Dadhich）可能已经发现了一个由布克达尔恒星把持的令人惊讶的属性。达迪奇在12月11日提交给预印本服务器（arXiv.org ）的一篇新论文中讨论了这一属性。

叫布克达尔星为“黑洞模拟”的达迪奇研究了一颗假设的恒星的能量随它们开始坍塌成一颗布可达尔星会发生什么，因为它们的可观测属性会几乎是同一的。

达迪奇解释说，“随恒星坍缩它捡起引力势能，这是负的，因为引力是吸引的，与此同时，恒星的内部获得了动能，因为所有的粒子都被迫在一个更小的体积彼此冲撞”。

到恒星达到布克达尔极限时，达迪奇发现了一个令人惊讶但又熟悉的关系：总动能等于势能的一半。

这种关系被称为位力定理，而它适用于天文学中许多的引力被与其它力平衡的情况。这意味着一颗布克达尔恒星理论上可以作为一个稳定的天体存在，有已知的、理解的很好的属性。

这一发现提出理论的布克达尔恒星可能真的在那里，并可能导致黑洞内部运作的洞察。

达迪奇在给生活科学杂志（Live Science）的电子邮件中说，“一直有来尽可能定义接近黑洞的天体的试图，一个黑洞的事件地平线封锁我们的黑洞内部是什么的观望。但我们能与一颗布克达尔恒星互动并研究它由什么组成，这可能会给我们提供至于黑洞内部是像什么一样的线索”。

发现一颗布克达尔星是另一回事。迄今为止，没有已知的能创造一颗布克达尔星的物质排列。但达迪奇的工作指出朝天体可能有的哪些其他属性的途径，以及它们可能会告诉我们关于黑洞的。

https://www.livescience.com/buchdahl-star-black-hole-collapse