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中子星是恒星发展的一个终极归宿，但恒星是怎么发展到中子星的，中子星的密度又为什么那么大，似乎很多朋友都搞不清楚，接下来简单说说这个过程。 一、恒星诞生与发展 关于恒星的诞生，18世纪的伊曼纽·斯威登堡、伊曼努尔·康德和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出提出了星云诞生模型，这是被广泛接受的很行诞生模型。但不管如何，恒星诞生了，我们从未来能发生超新星爆发并诞生中子星的恒星发展开始说起。 1、恒星的静力平衡时代 这是一颗恒星最好的时光，大致可以将这个时期称为主序星时代，在主序星内核，正在发生在质子链反应，这个过程非常重要，是所有恒星发展的最初起点。 质子链的第一步，同位素氕聚变成同位素氘，这是质子链反应的第一步。 1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV; 这是两个质子之间的聚变反应，理论上来看质子可以通过极高的温度和压力下克服库伦势垒实现聚变，但1920年大神爱丁顿经过计算得出，以太阳的质量并不能达到如此高的温度，但太阳已经开始了燃烧，似乎质子链反应第一步就走不下去了？  微观粒子穿过一个位势垒。粒子能量在穿越前后维持不变，但量子幅会降低。 幸亏后期量子力学的发展给了物理学家一个正确的解释，质子可以通过波函数隧道，穿过库伦势垒的斥力障碍在低于理论计算条件下达到聚变反应。但即使如此这概率仍然很低，这也是太阳寿命那么长的重要原因，因为它自身正在积攒燃料。 再往后事情就简单了，氘和氕聚变成氦三，然后氦三再聚变成氦四，或者有碳氮氧循环产生，当然在主序星阶段这尚未发展到这个阶段。在此时，恒星内核的聚变产生的热压力和引力势能是平衡的，也就是我们所说的静力平衡时代。这也是一颗恒星最最稳定的阶段，因为“内心比较平和”，即使有点小脾气“日饵爆发”也不至于毁灭恒星系！ 2、狂暴的红巨星时代 恒星内核氢逐渐消耗，内核的氦元素累积，内核会逐渐坍缩，但7-10倍以上质量的恒星在内核坍缩至简并态物质前就会开始氦元素聚变。 23He → 4He +21H (12.9 MeV) 41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV) 因为大质量恒星的内核温度更高，在氦元素聚变堆积后无需达到类日恒星的电子简并态即可燃烧，反应过程如上，各位有没有发现，氦元素的反应更剧烈，而且速度也更快，剧烈的内核能量释放将会产生超高热压力，会导致恒星直径极度膨胀，比如只有太阳质量7-10倍的盾牌座UY，直径是太阳的1700，体积是太阳的45亿倍。 这就是恒星的静力平衡失控时代，热压力战胜了引力势能，恒星的未来岌岌可危。 3、超新星时代 超新星爆发前夕的恒星内核温仍然按部就班的进行核聚变，只是生产元素的速度越来越快，时间越来越短，内核的温度也越来越高。 质量为太阳20倍的恒星，内核各种元素消耗的时间，内核元素的终点在铁元素，当然并不是说只会有铁，比如还有其他少量的钴、镍、铜、锌元素，但绝大多数都是铁，此时恒星的超新星爆发瞬间就会发生。 因为铁核不再产生能量，再无热压力对抗引力势能，恒星外壳将向内坍缩，速度可以达到7万千米/秒，这个速度大约是光速的23%，核心密度与温度迅速增加。核心刚开始坍缩时会光致蜕变和电子捕获的β衰变，这是超新星爆发时观测到中微子流的重要原因。 坍缩成中子星的恒星内核并未彻底简并态化，这个坍缩会导致中心元素迅速聚变而失控，此时时空核聚变的激波会与坍缩的物质撞击，接近光速一半的相对速度下将制造出一个宇宙中仅次于中子星相撞的极致环境，在此区域的物质会经历失控聚变的过程。此时的超新星爆发会将恒星外壳彻底炸散，形成弥漫星际空间的星云，而此时在主序星以及红巨星和超新星爆发过程制造的元素都将夹带在这片星云中。 二、中子星时代 质量尚不足以坍缩到黑洞的内核将坍缩为中子星，这个坍缩过程我们有必要来了解一下，超新星爆发我们就不说了，直接说这个原子怎么就变成了中子呢？ 我们必要来来了解下原子内部的结构，其实中心原子核之占了一点点空间，这从卢瑟福的α粒子散射实验可以证明，其他空荡荡的空间都是电子云的位置，电子在相应能级上随机出现与消失，它的位置与动量不可同时测定，这就是海森堡不确定性原理由来，因此当恒星内核开始坍缩时，首先就会将电子从外层压缩想中心原子核靠近，但不确定性原理不会让电子占据同一个量子位，此时被压缩到极限却仍然在原子核外部的物质叫做电子简并态。 但质量足够大的恒星内核引力势能可以突破电子简并态，将电子直接压入质子中和成中子，当然只要有足够强的压力，也可以压垮夸克达到夸克简并态，不过这类可是传说中的夸克星，尚未实际观测到，现在通行的理论认为突破了中子星的极限就成黑洞啦！ 三、中子星的密度有多大？ 从构成原理来说，它的密度就是原子核的密度，当然中子的质量会比质子要那么一点点，所以它也会比原子核密度高那么一丢丢，不过也是个可以忽略的差异，但有一个问题，为什么网上资料中的中子星的密度差异那么大？ 中子星的密度：8×10^13克至2×10^15克，差距比较大 外壳中的离子和电子是啥意思？电子我们就不管了，关键是离子，因为离子就是游离电子的原子核，在这个位置还有离子状态的物质存在，它们的密度远比不上中子简并态物质密度，而内核的夸克胶子等离子体则要比中子密度要更高一些（事实上组成中子的轻夸克的质量很轻，胶子的存在才让中子有那么高质量），所以不同大小的中子星密度会有比较大的差异。不过无论哪种恒星，到达了中子星层次，算是完美极致了，因为再往前走就是宇宙的黑暗力量黑洞了！
假如一颗中子星从太阳系内行星轨道经过的话，地球就完蛋啦，因为中子星至少也是太阳1-2倍左右的质量，太阳系内出现两个太阳的质量，这还得了！有一部《撤离地球》的伪纪录片挺不错的，说的就是中子星闯入太阳系，人类紧急撤离的过程，有兴趣的朋友可以看看。 |
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