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繫心活第31期--不盲從主流旋律的天文學家(二)
2018/06/30 07:26:29瀏覽399|回應0|推薦0

前期概要:彭秋和是南京大學的天文學家,他在抗戰中渡過童年,在文革中渡過青年。雖然,生活非常艱苦,政治上受到殘酷迫害,但絲毫不減損他在學術上的學習與批判思考能力。他並非是個汲汲苦學西方的知識買辦,而是善用科學思考辯證的真正學者。上一期我們提到他對現在多數學者接受的「通過Ia型超新星觀測證實宇宙加速膨脹」提出懷疑,認為所採用的統計方法僅適合高斯分布,然而該類型超新星並不符合,此外該類型超新星用作標準燭光天體,然而爆炸並非球型對稱,所以從不同角度看到的亮度恐怕會有差異。因此彭秋和認為要從現行蒐集到的證據來認定宇宙加速膨脹,目前證據還不足。

本期我們要介紹彭秋和的另一個批判主流理論的地方,他要向學術界流行的銀河中心為黑洞的模型挑戰。

在引述他文字之前,這裡先對一般的銀河模型作簡單的介紹。天文學家根據銀河恆星繞行中心的速度,定出在核心很小範圍內有個質量達太陽百萬倍的物體,一般認為只有黑洞才有可能。黑洞的引力很大,什麼物體都會受它吸引,甚至在某個範圍內連光子都會被吸引而無法逃脫出來,那個範圍叫做「史瓦希半徑」(Schiwartzschild Radius,又稱視界面半徑),因此黑洞本身無法為人直接觀測。但是在外圍的物體因為吸引而掉入的時候,重力位能將會轉換為動能,粒子間相互碰撞使這種動能再轉化為輻射(能)而發出各種波長的光,因此可以藉由觀察這種光而視為觀察到黑洞的間接證據。以下為彭秋和的自述,此處採第一人稱方式來介紹他的理論。

2013年在《Nature》的一篇文章 報導了在離銀心距離為0.12 pc 處,探測到異常強大的徑向磁場,下限為8 mG。由此推論:等離子體的吸積盤將被磁場阻擋在離銀心相當遠的距離(至少 r > 0.15pc) 以外。即等離子體吸積盤的氣體(及塵埃)物質流將無法進入銀心的內區 (注:對於4.6 x 106 m 的黑洞而言,黑洞史瓦希半徑(RS)約為 0.1 AU(天文單位),等離子體吸積盤物質流被阻擋在 3×105 RS 以外。近年來人們探測到來自銀心 (5-50RS 範圍內從射電波區一直延伸到近紅外的輻射和X-ray 都不可能是銀心週邊的吸積盤物質產生的。因此,己經流行了半個世紀的傳統的「銀河系中心大質量黑洞模型」是非物理的、不真實的。它無法解釋上述來自銀心方向各種輻射的最新天文觀測現象。也就是說,銀河系中心不可能是一般的黑洞。這是對現代物理學和天體物理學的第一個嚴峻的挑戰。

重大疑惑:在距離銀河系中心 r = 0.12 pc處反常強磁場 ( B > 8mG)的源泉是什麼?

雖然許多人會以黑洞模型去作修改,但我要在此另闢蹊徑,介紹我的「含磁單極的活動星系核模型」及其理論預言

早在30年前,我就和一些學者就開始合作研究「含磁單極的活動星系核模型」及其性質。1985年同年發表了有關論文6篇。後來於2001年在ApJL上發表了一篇這個模型簡要總結性論文。我們的模型主要思路如下

我們接受粒子物理學在1970年代提出的超重磁單極觀念。主要是利用粒子物理學中的Rubakov-Callan效應(簡稱RC效應): 磁單極催化核子衰變為輕子(重子數不守恆)作為類星體、活動星系核的主要能源。替代黑洞模型(周圍的吸積流模型只是作為次要能源)。在我們的模型中,星系核心的超大質量天體在其周圍附近區域的引力效應類似於黑洞。但是,含有足夠數量磁單極的超巨質量天體既無黑洞視介面、也無中心奇異性,這是由於磁單極可以催化核子衰變,其反應速率正比於物質密度的平方。衰變出來的輕子與光子向外發射,因此中心密度不可能趨向無窮大。結合粒子物理學中的RC效應,避免了經典廣義相對論的黑洞理論呈現的中心奇異性問題。使自然界物理理論變得完全自洽、和諧。

對於銀河系中心超大質量天體,我們模型的主要預言如下:

a產生並發射大量正電子。產生率約為6×1042e+sec-1 。在銀心方向呈現非常強的 0.511 MeV γ-ray)正、負電子湮滅譜線。

b同時發射能量高於0.511MeV的高能輻射,其積分總能量不僅遠遠高於正、負電子湮滅譜線的總能量,而且也遠遠高於中心天體的熱光度。

c聚集在銀心的超大質量天體區域內的磁單極將產生強大的徑向磁場,在天體表面(半徑約為50 a.u. ≈8×1015cm)處磁場強度約為(200-100Gauss

d如果我們假設在離地球50Mpc範圍內所有所有活動星系核中心都是這類含有飽和磁單極的超大質量天體,則它們可能是觀測到的極端超高能(能量達到1020 eV)宇宙線的源泉。

e我們預言在銀心的超大質量天體表面溫度約為 120K,同它相應的熱輻射能譜的峰值約為1012Hz (位於亞毫米波段)。

這些早在三十年前的理論預言都與後來的天文觀測相符合的。特別是其中三個預言在定量上同後來相應的天文觀測幾乎完全一致。它們是:

a)在2001年我們關於正電子產生率的預言a在定量上同2003年高能天體物理的觀測 (3.4-6.30×1042<e+sec-1)幾乎完全吻合。也就是說,我們這個理論預言被後來的觀測所證實。

b預言c 由於徑向磁場強度隨著距離平方成反比衰減,從我們預言c)自然地推算出,在r = 0.12 pc ≈ 3.7×1017cm處,B 10-50mG。它同2013年測量的磁場下限值(8mG)相當吻合。我們在2001ApJL的論文中明確地聲明:這個預言是可以在不遠的將來被天文觀測檢驗的關鍵性預言。這裡我們強調的是:我們的這個預言是排它性的預言。即如果天文觀測果真觀測到如此強大的徑向磁場,它就只有我們的模型才能夠產生,其它任何模型都將被排斥與否定。

c)我們的預言e2010年以來的天文觀測結果(來自銀心方向的熱輻射能譜的峰值約為1013Hz)在定量上也基本相合。上述a)、c)和e)三個預言是完全獨立的。這三個預言在定量上被後來的天文觀測所證實,這在自然科學的理論研究中是少見的。特別是,預言c)是我們理論模型的一個排它性的關鍵預言。

這裡我們必須強調:由於銀心週邊的等離子體的吸積盤被強大的磁場阻擋在相當遠的距離以外,不可能到達(5-50Rg的內部區域。來自銀河系中心方向的各種輻射不可能是「銀河系中心大品質黑洞」鄰近的等離子體的吸積盤提供的。是不真實的。我們的「含磁單超巨品質天體模型」是迄今唯一能夠提供銀心方向的模型,因而我們的結論如下:

a)銀河系中心的黑洞模型是非物理的。

b)銀河系中心附近發現反常強磁場的事實可能是(粒子物理學預言的)磁單極存在的強烈天文觀測證據; 我們的<含磁單極活動星系核模型>就有可能是 (目前己經提出的唯一的)一種合理模型。

鑒於銀河系中心附近發探測到反常強的徑向磁場,結合磁流凍結效應,阻止等離子體的吸積流流近銀河系中心區域,因而「銀河系中心的黑洞模型是非物理的」這個結論違反了國際學術界主流思想,遭遇到國內、外學術界的極為強烈的反對與阻力。

由於語言沒有障礙,國內學術界的誤會與疑問容易解釋。但是,國際上阻力更大。過去數十年來國際上許多重要的學術刊物編輯們以各種奇特的理由不送審而拒稿。而PRD的審稿者堅決反對的理由是「等離子體的吸積流雖然被阻擋在r = 0.12pc以外,大量物質被堆積在r = 0.12pc處,必定會引起不穩定性使得物質流進銀河系中心黑洞附近」。目前我正在研究這種不穩定性。

經過一年多的爭論,國內《科學通報》於20165月發表我的論文:銀河系中心黑洞模型失效和磁單極存在的天文觀測證據相繼,國際上的學術刊物 《ApSS》 於201611月刊登了我的論文:A possible influence on standard model of quasars and active galactic nuclei in strong magnetic field〉。

雖然由於觀測上的新證據出現讓國內外的專家願意重新思考我的理論之價值,讓我有機會發聲,但我於2016年以這個課題申請的國家自然科學面上基金,卻在國內個別的權威主導下予以否決(因「評價太低」,國家自然科學基金委員會不提交到評審委員會討論)。

磁單極

電荷有正有負,磁性也有南有北。二者有很多相似之處:異性相吸,同性相斥。但電荷可以找到單個正電荷或負電荷,但磁性則似乎沒辦法找到單個磁南極或磁北極。你把一個磁鐵從中切半,它會在段口處立刻再生出新的磁南極與磁北極和原本的成對出現。

雖然理論上認為有可能出現磁單極,但是因為經過數十年的努力科學家還是無法找到明確的磁單極,因此許多學者認為這可能根本不存在,遂讓彭秋和的理論面臨極大的挑戰。

但彭秋和認為目前找不到磁單極只是表示科學家還沒用正確的方法,不能因此認定不存在。而他利用磁單極來計算的結果,有很多預測與後來的觀測相符,這應該是值得重視的思考進程,他相信這不僅對天文學的理論有重大意義,也對物理學的磁單極理論有些啟發,或許可以從中思考尋找磁單極的方法。

彭秋和2018年國際會議邀請舉隅

  • Astronomy 2018: Possible Implications for Discovery of Strong Radial Magnetic Field at the Galactic Center

  • The Fourth International Conference on Astrophysics and Particle Physics

  • International Conference on Planetary Science and Particle Physics: The Evidence of Magnetic Monopoles by Astronomical Observation and its Astrophysical Implication

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