中子星起源

2016-05-23 08:56 作者:admin 来源:网络

中子星起源


如果你为白矮星的巨大密度而惊叹不已的话,这里还有让你更惊讶的呢!我们将在这里介绍一种密度更大的星体:中子星。

 


中子星是除黑洞外密度最大的星体(根据最新的假说,在中子星和黑洞之间加入一种理论上的星体:夸克星),同黑洞一样是20世纪激动人心的重大发现,为人类探索自然开辟了新的领域,而且对现代物理学的发展产生了深远影响,成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。中子星的密度为每立方厘米8×10的13次方克至2×10的15次方克之间也就是每立方厘米的质量为8千万到20亿吨之巨!此密度也就是原子核的密度,是水的密度的一百万亿倍。对比起白矮星的几十吨/立方厘米,后者似乎又不值一提了。如果把地球压缩成这样,地球的直径将只有22米!事实上,中子星的密度是如此之大,半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
 

同白矮星一样,中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。根据科学家的计算,当老年恒星的质量为太阳质量的约8~2、30倍时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于8个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。

 

但是,中子星与白矮星的区别,不只是生成它们的恒星质量不同。它们的物质存在状态是完全不同的。

简单地说,白矮星的密度虽然大,但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内:电子还是电子,原子核还是原子核,原子结构完整。而在中子星里,压力是如此之大,白矮星中的电子简并压再也承受不起了:电子被压缩到原子核中,同质子中和为中子,使原子变得仅由中子组成,中子简并压支撑住了中子星,阻止它进一步压缩。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说,中子星就是一个巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的质量非常大以至于巨大的引力让光线都是呈抛物线挣脱。
 

在形成的过程方面,中子星同白矮星是非常类似的。当恒星外壳向外膨胀时,它的核受反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化,最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是天文学中著名的“超新星爆发”。
 

中子星,是恒星演化到末期,经由引力坍缩发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽,当它们最终转变成铁元素时便无法从核聚变中获得能量。失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落,有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发产生超新星爆炸,或者根据恒星质量的不同,恒星的内部区域被压缩成白矮星、中子星以至黑洞。白矮星被压缩成中子星的过程中恒星遭受剧烈的压缩使其组成物质中的电子并入质子转化成中子,直径大约只有十余公里,但上头一立方厘米的物质便可重达十亿吨,且旋转速度极快,而由于其磁轴和自转轴并不重合,磁场旋转时所产生的无线电波等各种辐射可能会以一明一灭的方式传到地球,有如人眨眼,故又称作脉冲星。
 

一颗典型的中子星质量介于太阳质量的1.35到2.1倍,半径则在10至20公里之间(质量越大半径收缩得越大),也就是太阳半径的30,000至70,000分之一。因此,中子星的密度在每立方厘米  克至  克间,此密度大约是原子核的密度。 致密恒星的质量低于1.44倍太阳质量,则可能是白矮星,但质量大于奥本海默-沃尔可夫极限(3.2倍太阳质量)的恒星会继续发生引力坍缩,则无可避免的将产生黑洞。
 

由于中子星保留了母恒星大部分的角动量,但半径只是母恒星极微小的量,转动惯量的减少导致了转速迅速的增加,产生非常高的自转速率,周期从毫秒脉冲星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有强大的表面重力,强度是地球的  到  倍。逃逸速度是将物体由重力场移动至无穷远的距离所需要的速度,是测量重力的一项指标。一颗中子星的逃逸速度大约在10,000至150,000公里/秒之间,也就是可以达到光速的一半。换言之,物体落至中子星表面的最大速度将达到150,000公里/秒。更具体的说明,如果一个普通体重(70公斤)的人遇到了中子星,他撞击到中子星表面的能量将相当于二亿吨核爆的威力(四倍于全球最巨大的核弹大沙皇的威力),当然这仅仅是假设,真要是这样的话,这个人在越来越接近中子星的时候,会被强大的潮汐力扯碎。