天文學的四大發現之一中子星:宇宙中的奇葩

2020-12-04 百家號

什麼是中子星:

中子星(neutron star),又名波霎,是恆星演化到末期,經由引力坍縮(重力崩潰)發生超新星爆炸之後,可能成為的少數終點之一,質量沒有達到可以形成黑洞的恆星在壽命終結時塌縮形成的一種介於白矮星和黑洞之間的星體,其密度比地球上任何物質密度大相當多倍。

一顆典型的中子星質量介於太陽質量的1.35到2.1倍,半徑則在10至20公裡之間,桌球大小的中子星相當於地球上一座山的質量。中子星是20世紀激動人心的重大發現,為人類探索自然開闢了新的領域,而且對現代物理學的發展產生了深遠影響,成為上世紀60年代天文學的四大發現之一。

絕大多數的脈衝星都是中子星,但中子星不一定是脈衝星,有脈衝才算是脈衝星。

形成過程:

中子星的前身一般是一顆質量比太陽大的恆星。它在爆發坍縮過程中產生的巨大壓力,使它的物質結構發生巨大的變化。在這種情況下,不僅原子的外殼被壓破了,而且連原子核也被壓破了。原子核中的質子和中子便被擠出來,質子和電子擠到一起又結合成中子。最後,所有的中子擠在一起,形成了中子星。顯然,中子星的密度,即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。中子星,每立方釐米物質足足有1億噸重。當恆星收縮為中子星後,自轉就會加快,能達到每秒幾圈到幾十圈。同時,收縮使中子星成為一塊極強的「磁鐵」,這塊「磁鐵」在它的某一部分向外發射出電波。當它快速自轉時,就像燈塔上的探照燈那樣,有規律地不斷向地球掃射電波。

中子星的特點:

周期短:

已觀測到的最長的脈衝周期,只有4.3秒,最短的約2毫秒,即千分之二秒。換句話說,脈衝星的自轉都特別快,從4.3秒轉一圈到1秒鐘轉500圈。發射脈衝的持續時間大致是其周期的1/10至1/100。

密度大:

密度一般用1立方釐米有多少克來表示,水的密度是每立方釐米重1克,鐵是7.9克,汞是13.6克。如果我們從脈衝星上面取下1立方釐米物質,稱一下,它可重1億噸以上、甚至達到10億噸。

溫度高

據估計,脈衝星的表面溫度就可以達到1000萬度,中心還要高數百倍,譬如說達到60億度。我們以太陽來作比較,就可以有個稍具體的概念:太陽表面溫度6000攝氏度不到,越往裡溫度越高,中心溫度約1500萬度。

壓力大:

我們地球中心的壓力大約是300多萬個大氣壓,即我們平常所說的1標準大氣壓的300多萬倍。脈衝星的中心壓力據認為可以達到10000億億億個大氣壓,比地心壓力強30萬億億倍,比太陽中心強3億億倍。

強輻射:

脈衝星的輻射能量平均為太陽的百萬倍。

強磁場:

在地球上,地球磁極的磁場強度最大,但也只有0.7高斯(高斯是磁場強度的單位)。太陽黑子的磁場更是強得不得了,約1000~4000高斯。而大多數脈衝星表面極區的磁場強度就高達10000億高斯,甚至20萬億高斯。

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