car-t|每立方厘米重量高达1亿吨以上,中子星内部是否还存在未知元素?

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浩瀚的宇宙当中有着无数天体 , 有的光芒万丈 , 有的气息微弱 , 它们组成了我们繁星点点的夜空 。 夜空和这些天体背后蕴含着许多待解的物理问题 , 比如说宇宙是怎样诞生的?什么是引力?在超高温度或者高密度之下 , 是否存在新的物质状态?第三个问题就是关于这篇文章的主角——中子星 。
中子星的体积虽然不大 , 但是它是除了黑洞以外密度最大的星体 , 它是恒星演化到末期经由超新星爆炸产生形成的 。 中子星的致密性是它最为显著的特点 , 一般密度可以达到每立方厘米一亿吨以上 。
要搞清楚中子星当中是否存在着未知元素的问题 , 我们先要了解中子星到底是什么 , 它为什么会被誉为是20世纪60年代天文学的四大发现之一 , 这颗被定义比黑洞还暴躁的星体 , 究竟有什么不同寻常的地方?
中子星
中子星从恒星的死亡中诞生 , 因此大家需要先简单了解恒星的演变 。 恒星在诞生之后 , 会经过一段青壮年时期 , 这期间它们处于相对稳定的状态 , 内部不断发生着氢聚变反应 。 当氢原子完全耗尽之后 , 内部的氦原子开始进行聚变 , 这时恒星就步入了老年期 , 在这期间它的内核逐渐缩小 , 外部不断膨胀 , 像一个被吹起的气球 。 膨胀到一定程度会发生超新星爆发事件 。 在这种情况下 , 内部发生塌缩 , 变成了中子星 , 还可能会演化成白矮星或者黑洞 。
中子星每立方厘米的重量可达1亿吨以上 , 是目前宇宙中可以观测到的最致密的天体 , 不具备燃烧核燃料的特质 , 依靠内部的费米气体简并压来和引力塌缩的力量抗衡 。 中子星的密度为正常核物质的1~10倍 , 相当于100万个地球压缩成20千米大小的物体 , 地球上面所有人类的质量总和大概是中子星的1立方厘米 。
更有物理学家给出了形象的比喻 , 将中子星比作咖啡当中的一块方糖 , 但是它有十亿吨重 , 类似于将珠穆朗玛峰压缩成一块方糖的大小 。
在这样的密度之下 , 中子星表面的引力场很强 。 它的表面有这一层正常物质构成的大气 , 厚度大约是1到10cm , 密度为1到100g/cm3 , 表面的温度可以达到百万摄氏度 , 要知道太阳不过才6000摄氏度 。
中子星的结构主要分为大气层、地壳和核心 , 除了前文所说的稀薄大气之外 , 它的地壳十分坚硬 , 主要由铁元素构成 , 由于表面质子和中子的紧密排列 , 也被科学家称为“意大利核面” 。
从理论上来说这种外壳是坚不可摧的 , 虽然看上去只是薄薄一层 , 但是质量却是喜马拉雅山的数倍 。 核心的物质则是目前无法确定的 , 也许是质子和中子 , 也有可能中子在作用之下被融化成了夸克 , 或者又变成了奇异夸克 , 我们都不得而知 。
中子星还有着高速旋转的特点 , 每一秒都会旋转很多圈 , 而且因为致密的特点 , 它本身的引力极强 , 因此在表面会产生无线电波 , 随着中子星一起旋转 , 然后形成了脉冲 , 变成了我们常说的脉冲星 。 它隶属于中子星当中的一类 , 银河系中至少有2000颗脉冲星的存在 。
脉冲星表面的磁场非常强 , 大约是地球磁场的一千万亿倍 , 高速旋转之下整个星体不断地向外发送电磁脉冲信号 , 看起来一闪一闪的 , 因此也被叫作“宇宙中的灯塔” 。 截止目前发现的旋转最快的脉冲星 , 每秒能转1122圈 。