中子星是宇宙中最极端的天体之一。它们就像巨型原子内核,直径有数公里,有着令人难以置信的密度。但像这样极端的东西怎能存在呢?
一颗恒星的生命受到两种力之间的平衡所制约──它自身的重力,和它聚变所产生的辐射能量。在恒星的核心里,氢被聚变成氦。后来,核心里的氢耗尽。如果这颗恒星的质量够大,氦便会继续聚变成碳。这些巨型星体的核心会像蒜头一样分层堆积。而当越来越重的原子核心在内里堆积。碳会聚变成氖,接着是氧,直至聚变成铁,而铁不能再聚变。
当这些聚变过程停止后,辐射能量大幅下降。这样的恒星不再平衡了。而如果其核心质量超过太阳质量约1.4倍,一个灾难性事件会发生。核心的外部速度会达到最高每秒七万公里,并一直向星体中心崩塌。现在,只有原子内的力还在抵御这重力坍塌。电子的量子力学排斥力被克服,导致电子和质子融合成中子,并排列得像原子核一样密。这颗恒星的外层在一个激烈的超新星爆炸中被喷射至太空之中。
那么,这个过程的结果就是诞生了中子星。它的质量是太阳的一至三倍,但却被压缩至一个只有25公里宽的物体。这个直径大约只有曼哈顿那么大的球体,其质量是地球的五十万倍。一厘米立方的中子星密到有和一个七百米边长的铁制正方体一样的质量。即便是有如珠穆朗玛峰般庞大的十亿吨,在中子星上却只有一块方糖那么大。
中子星的重力也很吓人。如果你把一样东西从一米高掉下,它会在一微秒落地,并加速至每小时七百二十万公里。其表面也超级平坦,地面不平整上下差约五毫米,并有一个热等离子体构成的大气层。表面温度约是一百万度开尔文(热力学单位,开尔文=摄氏度+273.15),相较之下太阳的表面是是5800开尔文。
再来看看中子星的内部。它的壳十分硬,而且很可能是由一种有电子海在其中流动的铁原子核晶格所组成。越接近核心,中子越来越多,而质子则越来越少,直至只剩超高密度的中子在那里。中子星核心十分奇怪。我们不确定其性质,但我们最好的猜测是一种超流体中子简并物质;或一种极密的夸克物质,叫夸克-胶子等离子体。传统上这些都是不可能存在的,它们只能在这么极端情况下存在。
在很多方面,中子星很像一个巨型原子核。但最大的不同是原子核是因强大的相互作用而保持在一起,而中子星则是依靠重力。而这些还不算最极端,再来看看其他性质。
中子星转得很快。
年轻的中子星每秒能自转几次。而且如果旁边有个可怜的星体去喂它,它最多可以每秒转数百次。就像PSRJ1748-2446ad一样。它的旋转速度高达每小时二亿五千二百万公里,这快到令这星体有种怪异的形状。我们把这些天体称作脉冲星,因为它们会释放出一个强大的无线电信号。而且一颗中子星的磁场比地球强大约一兆倍,它强大到会令进入到其影响范围的原子弯曲。
中子星是宇宙中一些最极端、也是最炫酷的天体之一。但愿我们一天能派遣宇宙飞船去更加了解中子星,并拍摄一些美妙的照片。但我们还是不要过分接近中子星…
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