中子星並非一個大中子,這種星體才是,宇宙中可見的密度最高天體

2020-12-04 科普大世界

就宇宙中的實體天體來說,密度最高的是黑洞(奇點密度),比黑洞次之的就是中子星了嗎?不是的!理論認為黑洞和中子星之間還有一種密度很高的天體,它就是夸克星。

天文學家們常常把中子星形容為一個(巨型原子核)是因為中子星是由大量的中子組成的,它的引力強到可以把電子壓縮到質子裡面,從而形成中子,所以中子星就是極多的中子大集合,因此它的密度高到和原子中的原子核一樣,每立方釐米中子星物質質量高達8000萬到20億噸,但是相對而言,夸克星的密度則更高,可達中子星密度的數倍,但是它發出的光仍然是可以看到的,而黑洞是連光都吸,是不可見的,因此夸克星也是宇宙中可見的密度最高天體。

一般認為夸克星也是在超新星爆發時形成的,另外中子星的進一步壓縮和中子星碰撞也有可能會產生夸克星。在超新星爆發的時刻,恆星會在自身重力的影響下發生坍縮,若恆星原始質量在太陽的8~20倍之間,那麼重力就足夠將恆星物質中的電子和質子擠壓到一起形成中子星;若該恆星質量更大,那麼中子也會破碎成自身的組成成分——夸克,於是就產生了一種物質更加緻密的星體——夸克星。

夸克星是由奇夸克物質組成,它是在特別重的中子星裡形成的密度極端高的一種物質狀態。由奇夸克緊密結合在一起所構成的夸克星,整個星體幾乎就是單一的一個巨大的中子,相比較而言,白矮星只是密集的原子核,中子星則是一個巨大的原子核(中子團),而夸克星才是一個巨大的中子,不過黑洞就更厲害了,它的物質都集中在奇點處,已經不知道由什麼組成,理論上可以認為其體積為0,很是不可思議。

可見,若以重量和密度來分類,夸克星是介於黑洞和中子星之間的天體,若其質量減少,有可能再變成中子星,但這是極難做到的,而如果再有足夠的物質加入夸克星裡,它則會再繼續收縮塌陷而成為黑洞,這在宇宙中或是比較常見的。

那麼宇宙中有夸克星存在嗎?目前一般認為夸克星還只是理論中存在的天體,不過也有天文觀測發現有星體非常接近於夸克星的特徵,比如編號為RXJ1856和3C58的兩顆星體。之前這兩個星體一直被認為是中子星,但根據已知的物理定律來看,RXJ1856比中子星更小,而3C58則是比中子星更冷,因此有天文學家推斷這兩個星體或是由比中子星密度更高的物質所構成,也就是說它們很可能是夸克星。

此外,1987年發現的大麥哲倫星系中爆發的超新星SN1987a,也被香港大學的天文學教授鄭廣生等人認為形成了夸克星,但目前還沒有確鑿的證據,能證明他們就是理論中的夸克星,因此夸克星的探尋方面還需要科學家們進一步研究。

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    夸克和膠子組成強子後,才發展出現在的宇宙。科學家發現從強子到夸克膠子等離子體的相變溫度約為175百萬電子伏特(相當於2萬億攝氏度)。夸克星是一種假想的星體。簡單來說,白矮星是密集的原子核,中子星可以看作是一個巨大的原子核(中子團),夸克星是一個巨大的中子,黑洞則是理論上的奇點。從重量和密度來看,夸克星是介於黑洞和中子星之間。大約40年前首次提出這種可能性以來,一直是物理學的最重要目標之一。
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    在已經被證實存在的天體之中,除去黑洞以外,中子星可以說是最為強大的宇宙天體,而這種強大主要體現在它的質量和密度上。這種極為緻密的天體並不是從一開始就存在於宇宙之中的,它的前身通常是一顆大質量的恆星。和中子星一樣,黑洞也是已經被證實客觀存在的宇宙天體,而且人類也取得了黑洞的照片。中子星顧名思義,就是由中子所組成的星體,那麼中子星上全部都是中子嗎?這也不一定。在中子星上,不同區域的物質密度是不同的。
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