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中子星堪称宇宙之最

 广陵子图书馆藏 2017-12-28

    中子星是宇宙最极端的东西之一。它们就像是巨型的原子核。直径数公里,密度却是超乎想象的大。但是宇宙中怎么会存在这种东西呢?

    一颗恒星的生命是由两种相互制约平衡的力所掌控的,这两种力就是重力和聚变反应的辐射压力。在恒星内部,氢会聚变成氦。那么最终,内部的氢会消耗干净。如果这颗恒星的质量足够大,氦现在就会聚变成碳。那么这些质量巨大的恒星核心就会变得像洋葱那样,随着越来越重的原子核在中心建立,它会变得一层包裹着一层。碳会聚变成氢,然后变成氧气,再然后变成硅。最终,聚变反应终止于铁,并且不会再聚变成其他元素了。当聚变停止的时候,辐射压力就会急剧降低。那么恒星将不能再保持平衡,并且,如果它的核心质量超过大约1.4倍的太阳质量,它就会发生毁灭性的瓦解。

    核心外部的瓦解速度会达到7万千米每秒,并且会慢慢瓦解到恒星核心。现在,就剩下原子内部的基本力,来对抗重力的坍缩了。量子力学中电子的排斥会被克服,然后电子,质子会融合转化为中子,并融合的像原子核一样紧密。恒星外层会在这场超新星爆炸中被猛投到太空。所以,这样就是一颗中子星啦!

    它的质量是太阳的一到三倍,但是却紧压成一个宽度仅25千米的物体!它的质量约是地球的50万倍,直径却只有曼哈顿岛大小。中子星密度十分大,一立方厘米的质量和一个棱长700米的铁立方是等重的。一小块大约有10亿吨,和珠穆朗玛峰一样重。中子星上的重力也是非常惊人的!如果你在中子星表面1米高处扔一个物体,这物体就会在一微秒内撞向地面,同时加速到7.2万公里每小时。它的表面非常平坦,最多只有5毫米的高度差,并伴有一层很薄的热等离子体。中子星的表面温度大约是一百万度,而太阳表面温度是5800度。

    当我们深入探究中子星时,会发现它的外壳十分坚硬,并且大部分是由铁原子核的点阵结构形成,且伴随着许多电子流体。离核越近,我们就会看见更多中子,更少质子,直到我们遇到极度密集的中子。中子星的核心非常非常奇怪。我们不是很确定中子星的核心是什么,但是我们最接近的猜测是超流体中子之类的,或是某种叫做夸克~胶子等离子体的超密夸克。传统下这种说法是没有意义的,就只有极端条件下才会存在这种情况。就很多方面而言,中子星就像是巨型原子核。二者最大的不同就是原子核是依靠强相互作用结合在一起,而中子星依靠的是重力。假如你觉得这还不够极端,那我们再来看一看其他的。


    中子星旋转地非常非常快,每秒最少能转几圈。并且,如果它周围有可怜恒星被"吐食",中子星就会高速旋转达到每秒几百次。就好像之前所发现的 PSRJ1748-2446ad中子星一样。它的旋转速度大概是2.52亿千米每小时。这速度如此之快以至于星球形状很奇怪。我们称这种星为脉冲星,因为 它们能发出一种很强的无线电信号。还有中子星的磁场大约比地球的磁场强8万亿倍。磁场如此之强,以至于原子受作用而变弯曲。

    中子星是宇宙中极端的事物之一,但同时也是很炫酷的事物。有望的是,我们某天将会乘坐太空飞船去研究它们,还会拍摄一些清晰的照片!但是别靠太近哦!

    致密星是白矮星、中子星、黑洞等一类致密天体的总称,它是一类密度特别高的恒星。是在恒星的核能耗尽后,经引力坍缩而形成。致密星的平均密度很高,体积很 小,表面引力场很强。最小巧的星星是恒星演化的终点,并因此常常被称为恒星的残余,当它主要取决于恒星的质量残留的形式形成。这些对象都是小的体积为它们 的质量,使它们非常高的密度。术语紧凑星通常使用时是不知道的明星的确切性质,但有证据表明,这是很庞大的并且具有小的半径,因此暗示了上述类别之一。紧 凑的明星是不是一个黑洞,可称为退化明星。

    致密星是白矮星、中子星、奇特星、黑洞等一类致密天体的总称,它们与正常星的主要区别是不再有核燃料进行聚变反应,热压力不足以与自身的引力保持平衡,因而 塌缩成尺度非常小、密度非常大的天体。致密星通常是恒星演化末期的终结形态,恒星演化为何种致密星主要取决于恒星的质量。一般来说,质量在1倍至6倍太阳 质量的恒星最终演化成白矮星,并伴随有质量损失,其外壳向外抛出,形成行星状星云。质量为3至8倍太阳质量的恒星演化成中子星,更大质量的恒星则坍缩成黑洞。

    其平均密度约为 10^5 ~10^7 克/厘米^3 , 半径几千至几万千米 。这种星依靠简并电子的压力来与引力平衡,简并矮星的最大质量约为1.4太阳质量,称为钱德拉塞卡极限 。其平均密度约为 10^13 ~10^16克/厘米^3 ,半径约20千米 。中子星依靠简并中子的压力来与引力平衡。中子星的最大质量约为5.6个太阳质量 , 称为奥本海默极限。脉冲星就是一种高度旋转的磁中子星。黑洞的质量没有限制,半径为2GM/c^2,其中G为万有引力常数,M为黑洞的质量 ,c 为光速 。 一个质量如太阳的黑洞,半径只有3千米 。

    大多数分最终会在他们的进化,一个点时,从在其内部核融合向外辐射压力不再能够抵抗永远存在引力。当这种情况发生时,星形折叠在其自身重量,并经过的过程中 恒星死亡。对于大多数恒星,这将导致创建一个非常致密的恒星的残余,也称为紧凑型明星。致密星没有内部能源生产,但会-除黑洞-通常发射了数百万年从崩溃 本身留下多余的热量。根据我们最近的了解,也可以在创建紧凑明星相分离的早期宇宙继大爆炸。众所周知致密天体的原始起源,尚未确定肯定。

     虽然体积小巧的星星,辐射,从而冷静下来,失去的能量,他们不依赖于高温下保持其结构,普通的星星。除非外部干扰和重子衰变,他们能坚持几乎永远。黑洞不过 是一般认为终于从蒸发霍金辐射万亿年后。根据我们目前的标准物理模型宇宙,所有的恒星最终将演变成阴凉致密星,由宇宙进入所谓的时间堕落时代在很遥远的未 来。有一个显着不同的恒星和热物质团块等,但在宇宙中所有物质最终必须结束,因为某种形式的致密天体,根据理论热力学。

    不久前,欧洲南方天文台,中国中科院紫金山天文台联合南极天文中心,美国宇航局,及LIGO,VIRGO等多个科研组织成千名科学家共同用观测的方 法验证了宇宙中引力波存在的事实。震惊全世界,终于让曾怀疑是一种骗局的反对派们这次心服口服了。但接着更大的一个人类生存问题却酝酿而生,真是知道得越 多,反而问题就越多。

     NGC 4993星系中两中子星相撞后合并,引力波并不是合并后唯一产物。同时还辐射了大量的电磁波,其中包含无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和 伽马射线等由低至高各频率电磁波,天文学家探测到合并后爆发了短暂的、超强的伽马射线,让距离1.3亿光年外的地球地面上的仪器都能感应到。这意味着两中 子星产生的伽马射线将是附近所有外星生命的恶梦,让方圆几十光年内所有生命将全部毁灭。

     多年来,天文学家曾探测和研究过多启黑洞合并的事件,尽管足够震撼宇宙,但即便是太阳系附近的两个大黑洞合并产生的引力波及电磁波仍然不够强大,因为从地 面接收仪器上表现出信号强度并不大。这是因为黑洞将吃掉合并时产生的大部分能量。在相比之下,而这次距离1.3亿光年外NGC 4993星系中的两中子星合并产生引力波及电磁波却让地球地面的接收仪器收到的信号异常强烈,科学家称此次两中子星合并释放出大约2亿颗太阳的总能量,引 力波让几亿光年的宇宙空间所有结构引发扰动,竟让1.3亿光年外地球也产生了波动。

     根据多年的研究成果表明,在地球方圆50光年内如果存在着超新星爆发及中子星合并事件,这对地球生命而言将构成迫在眉睫的危险,这类重大的太空奇观将可能 会使地球生命陷入高能量的宇宙辐射中,从而引发地球生物大规模的灭绝事件。科学家称,在2000万年前在距离地球325光年外的宇宙空间就发生一次超新星 爆炸。产生的辐射让地球触发了冰河时代,发生了物种的大灭绝,并改变了地球进化过程和人类历史。

     科学家弗兰克称,中子星是一个半径几十公里的星球,当这些密集物体合并时,它们往往会从两极射出γ射线的射流。对于刚好处在中子星两极方向几十光年外的地 球而言是非常危险的。合并后产生的伽马射线将会摧毁地球的保护伞臭氧层。一旦地球生命没有了了保护伞,包括阳光在内的各种宇宙射线对地球生命而言都将是致 命的。

     天文学家认为,不要让宇宙中这些不可逆的天文现象让你担忧,因为在几十光年内人类的探测器暂时并没有发现有超新星和双中子星星系存在,经统计像银河系这样 的星系中每10000年才发生一次。在12万光年大的银河系中就算真有此类事件发生,但在太阳系附近发生的机率几乎为零。所以地球上目前是安全的。


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