中子星的密度就是原子核的密度?為什麼地球還沒坍縮成中子星?

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

其實中子星密度也沒什麼好稀奇的,假如按中子星的門檻計算密度的話,不過就是和原子核的密度差不多!而原子核就是物質世界中最小組成部分原子的核心而已,去掉了核外電子,剩下的就是原子核!

一、中子星是怎麼形成的?

這得從自然界的基本作用力開始說起,已知的四種基本作用力是引力、電磁力、弱力和強力!

這幾種作用力中能對抗壓縮的是電磁力和強力,氣體可以被壓縮是因為分子間隙比較大!但固體很難壓縮,因為原子與原子之間的間隙非常小,能對抗壓縮的是結構支撐與核外電子之間的斥力,當然這都是電磁力所提供!但引力是一種源源不斷並且可以無限疊加的作用力,當物質的質量增加到電子之間斥力(同性負電荷)難以對抗時就會被壓縮到原子核附近!

1.電子的電磁力斥力為主的對抗階段

2.電子簡併力為主的對抗階段

在壓縮初期,比如地核中心的物質(密度大約為水的100倍),或者太陽核心處的物質(密度大約為水的150倍),此時仍然是電磁力的斥力抗衡階段,因此密度變化範圍是比較大的!

1、白矮星階段

當質量無限增加後,就會將以斥力為對抗的電子壓縮到去無可去時即達到了白矮星的標準,此時對抗引力進一步坍縮的是電子簡併作用力,這並不是一種力,而是泡利不相容原理所致,即同一原子中不可能有兩個電子可以擁有完全相同的量子態!

2、中子星階段

即便是是泡利不相容那無法存在完全一致量子態的電子簡併力,也是有極限的,而無限增加的質量將會壓垮這個結構,而這個質量極限就是穩定白矮星的質量上限:錢德拉塞卡極限,此時電子簡併力再也無法對抗引力坍縮,進入了原子核與正電荷的質子中和成了中子,從理論上來看物質就成了中子的海洋,中子星門檻的密度跟原子核密度幾乎就是一致的!差不多就是無數原子核聚集在一起的概念,只是沒有質子的概念!

當然繼續往下還有夸克星和黑洞,跟壓垮電子簡併力的引力坍縮一樣,仍然會有一個壓垮中子簡併力的質量極限,還有壓垮夸克的質量極限,最終就是坍縮向不可逆的黑洞!

二、中子星有什麼可以拿出來說道的特點?

1、密度大約為為1×10^14克-10^15克/立方釐米,

2、脈衝星和磁星都屬於中子星,其中脈衝星是其磁極與自轉軸不一致導致,

3、地球壓縮到中子星的話大約只有22M直徑,

4、黃金大都來自中子星合併,

5、中子星的逃逸速度約為:10-15萬千米/秒,即光速的1/3-1/2左右。

……

三、為什麼太陽還沒坍縮成中子星?

其實與引力坍縮能對抗的還有輻射壓,即內核聚變產生的能量向外殼傳播的過程,會產生輻射壓,這個將和引力坍縮能對抗,避免恆星過早的坍縮成終極天體,不過以太陽的質量,未來也只能坍縮成白矮星,遠未達到中子星的標準!當然這個輻射壓與引力坍縮能相比有一個極限,是恆星質量的上限,這是英國天文學家亞瑟·斯坦利·愛丁頓發現的,即:自然界密實物體的發光強度極限;那麼地球呢?行星不會發光,沒有輻射壓,是否更容易坍縮?其實更遙遠了,地核內部的密度只有水的100倍,而這已經是極限了,未來不可能更高,簡單的說地球這點引力坍縮的力量連電子之間的斥力都無法克服!

相關焦點

  • 中子星極為緻密,若把地球壓成一顆中子星,它的體積有多大?
    那麼中子星的密度到底有多高呢?和白矮星一樣,中子星的密度也並不一致,質量越高的中子星,它的密度也越高,不過最小的中子星,它的密度也可以達到每立方釐米8000萬噸,而大質量的中子星密度甚至可以達到每立方釐米20億噸。
  • 中子星極為緻密,若把地球壓成一顆中子星,它的體積有多大?
    和白矮星一樣,中子星的密度也並不一致,質量越高的中子星,它的密度也越高,不過最小的中子星,它的密度也可以達到每立方釐米8000萬噸,而大質量的中子星密度甚至可以達到每立方釐米20億噸。只是列出數字並不足以讓人對中子星的密度產生切身的感受,那麼我們就來舉一個例子吧,地球的平均密度大概為每立方釐米5.5克左右,從數字上來看,這就與中子星每立方釐米8000萬噸相差甚遠,那麼如果我們將地球擠壓成一顆與中子星密度相等的天體,那麼地球會縮小到何種程度呢?地球將會變為一顆直徑在20米左右的小球。中子星如此令人驚嘆的密度到底是從何而來的呢?
  • 中子星的密度為什麼這麼大?
    由此,我們可計算出原子核大致的大小,如果說原子是一個足球場那麼大的,那原子核實際上也就只有一種螞蟻那麼大,電子的大小目前來說我們沒完全搞清楚,它可能只是個點狀物而已,要比原子核還要小,是以概率雲的形式在原子核外圍分布。從這裡,我們可以得出這樣的結論,那就是原子其實是很空曠的,99%以上都是「空」的。
  • 中子星密度是水的100萬億倍,若地球壓成中子星,體積將會多小?
    中子星密度是水的100萬億倍,若地球壓成中子星,體積將會多小?密度可以說是物理學中重要的物質屬性,我們都知道密度的計算公式是質量除以體積,那麼宇宙天體中密度最大的天體之一的中子星其密度有多大呢?在後來的研究中,科學家表示,當天體的質量大於1.4個太陽質量,電子簡併壓也會不復存在,此時電子將會被壓到原子核的內部。此時電子和原子核的核內正電子將會發生作用生成中子,這就是我們要講的中子星。
  • 中子星的密度每立方釐米上億噸,它是怎麼形成的?它已修煉成精
    中子星是恆星發展的一個終極歸宿,但恆星是怎麼發展到中子星的,中子星的密度又為什麼那麼大,似乎很多朋友都搞不清楚,接下來簡單說說這個過程。坍縮成中子星的恆星內核並未徹底簡併態化,這個坍縮會導致中心元素迅速聚變而失控,此時時空核聚變的激波會與坍縮的物質撞擊,接近光速一半的相對速度下將製造出一個宇宙中僅次於中子星相撞的極致環境,在此區域的物質會經歷失控聚變的過程
  • 為啥會有中子星,它有多可怕,指甲蓋大一塊按地球密度有多大?
    中子星密度為1~20億噸/cm^3,地球密度為5.5g/cm^3,中子星密度約地球密度的18.2萬億~364萬億倍,我們折中一下,中子星按中間密度10億噸/cm^3,這樣1立方釐米中子星就有182萬億立方釐米的體積,換算成立方米就是1.82億立方米。根據球體積公式V=(4/3)πr^3,可計算出1立方釐米的中子星物質變成地球物質,相當一個半徑351米的球體。
  • 中子星的密度高達每立方釐米十億噸,為何存在這麼高的密度?
    中子星的密度,基本就是原子核的密度,每立方釐米高達10億噸,中子星是宇宙中的極端天體,屬於恆星演化的產物之一。一個氫原子的直徑,大約是10^-10米數量級,氫原子核的直徑大約是10^-15米數量級,說明在原子內部,還存在很大的空間;受量子力學的限制,原子核內部的空間很難被壓縮,但是一些極端情況下例外。
  • 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
    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
  • 脈衝星的密度高達10億噸每立方釐米,如此高的密度是怎樣形成的?
    脈衝星上一湯勺的物質,其重量就比地球上的一座山峰還要重。不相信的可以動手算一算,地球表層巖石的平均密度大約為2.7克每立方釐米。脈衝星是中子星,那麼就來聊一聊中子星中子星是大質量恆星衰老後演變而成的產物,是除黑洞外宇宙中密度最大的天體,已被天文觀測證實。
  • 脈衝星的密度高達10億噸每立方釐米,如此高的密度是怎樣形成的?
    上圖為脈衝星(高速旋轉的中子星)結構簡圖脈衝星的密度確實高達10億噸每立方釐米。脈衝星上一湯勺的物質,其重量就比地球上的一座山峰還要重。不相信的可以動手算一算,地球表層巖石的平均密度大約為2.7克每立方釐米。脈衝星是中子星,那麼就來聊一聊中子星中子星是大質量恆星衰老後演變而成的產物,是除黑洞外宇宙中密度最大的天體,已被天文觀測證實。
  • 一立方釐米的中子星幾十億噸重,若地球被壓成中子星,會有多大?
    中子星就是傳聞中密度無比大的星球,僅僅是1立方釐米的中子星物質都重達8000萬到20億噸之間,意思是米粒大小的物體掉地上都可能把地表砸個窟窿甚至穿個孔出來,這個密度究竟是多大已經超乎我們的想像。
  • 白矮星●中子星●夸克星●小黑洞
    如果太陽變成紅巨星,其半徑會超出火星軌道 ,地球立馬蒸發汽化而烏有。紅巨星大氣層剝離蒸發後,留下骸骨就是白矮星。白矮星表面密度約為0.1噸/釐米³,內部密度可達10噸/釐米³↑。白矮星的密度雖然大,但還在正常物質結構所能達到的最大密度範圍內:電子還是電子,原子核還是原子核,原子結構完整,沒有被引力粉碎。
  • 脈衝星的密度高達10億噸/立方釐米,這是怎麼算出來的?
    1968年有天文學家提出脈衝星就是自轉軸和磁軸不一致的中子星,具有強磁場的中子星快速運動的帶電粒子發出強大的同步輻射,隨著自轉掃過地球,就成了脈衝波束。,因此都遵循泡利不相容原理,因此在這個過程中會有電子簡併力或者中子簡併力對抗引力坍縮,可惜朗道並沒有把這一想法發表成論文。
  • 脈衝星的密度高達10億噸/立方釐米,這是怎麼算出來的?
    不過在接下來不到半年的時間裡,接二連三地發現了能發出信號的這些天體,天文學家意識到應該不是小綠人的信號,因此將其確認為這是一類新的天體,並且命名為Pulsar(脈衝星)!1968年有天文學家提出脈衝星就是自轉軸和磁軸不一致的中子星,具有強磁場的中子星快速運動的帶電粒子發出強大的同步輻射,隨著自轉掃過地球,就成了脈衝波束。
  • 中子星密度是水的100萬億倍,地球若壓成中子星,體積會有多小
    雖然作用距離較短,中子能夠產生更強勁的簡併壓,因此促使中子星達到穩定狀況,不再進一步塌縮,儘管如此,中子星的尺寸比白矮星小,密度比白矮星高。水會隨著溫度升高而膨脹,因此中子在中子減速劑中運動的時間會變長,燃料的體積變化相對較小。
  • 一勺白矮星,中子星或者黑洞放在地球上會怎樣?
    其實這個結局並不複雜,對地球沒有任何影響,根本啥也不會發生。 緻密的天體 實際上,白矮星,中子星,黑洞是宇宙中的緻密天體,質量未必比恆星大,但密度都要比普通的天體大得多。比如:中子星一勺子大概就是一立方立釐米,質量差不多就得有好幾億噸重。
  • 1cm3中子星重10億噸,它到底用什麼造的?為何密度那麼大?
    眾所周知,中子星是恆星演化到末期的一個階段,但是令人十分驚奇的是,中子星的密度卻大得驚人,但是恆星自身的密度卻並不是很大,譬如碳的密度才會1.408乘以10的3次方千克每立方米,那麼由恆星演化來的中子星究竟是什麼原因才會有如此大的密度呢?
  • 科學家們研究了兩顆中子星撞擊形成黑洞的臨界參數,原子核實驗正在...
    計算機模擬表明,中子星的高密度物質起著至關重要的作用,中子星是由緻密物質組成的。1.5個太陽質量的質量被壓縮到只有幾公裡的大小,這與原子核內部密度有很大的關係。如果兩顆中子星合併,物質在碰撞過程中會受到額外的重力,這會使得它們形成一個黑洞。黑洞是宇宙中密度最高的的天體,即使光也無法逃逸,所以黑洞是不能被直接觀察到的。「臨界參數是中子星的總質量。」
  • 中子有了中子星,夸克卻還發現夸克星
    中子有了中子星,夸克卻還發現夸克星,這是怎麼回事呢?雙中子星合併中子星目前已經在宇宙中觀測到,而至今也沒有在宇宙中找到夸克星的蹤跡,夸克星只是一種理論上存在的天體。理論上,中子星和夸克星都是大質量恆星的演化終點,造成它們組成上存在區別的本質原因是質量的不同,夸克星要比中子星的質量更大。首先,我們簡單來了解一下中子星是怎麼形成的。內部結構恆星通過內部核聚變反應能夠產生很強的輻射壓,這種向外的壓力與自身重力相平衡。
  • 「雙子」,中子與中子星——漫談朗道與中子星
    在1937年蘇聯政治氣氛緊張期間,朗道為了將自己塑造成包括西方在內的全世界認可的學術權威以抵消自己的社會壓力,他向當時著名雜誌Nature投稿並於1938年發表了一篇關於恆星能源的文章。據統計,朗道一生共在Nature雜誌發表了六篇論文,其中獨立署名的三篇Nature文章之一就是這篇恆星能源短文。