本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
脈衝星是一種會發出周期性射電信號的天體，1967年英國劍橋大學的卡文迪許實驗室研究生貝爾發現狐狸座一顆神秘天體，它的特徵是會發出嚴格周期的脈衝電磁信號，這在外星人搜索非常熱門的六十年代絕對是一個新聞，甚至一度以為就是小綠人（想像中外星人的一種，後被引申為外星人）發來的信號！
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。
中子星發現始末
這要從1932年卡文迪許實驗室詹姆斯·查德威克發現中子說起，他是盧瑟福的學生，盧瑟福在1920年提出了中子存在的可能性，當時他認為一種原子的原子量和原子序數的差異可以用其原子核內存在的一種電中性粒子來解釋，比如常見的氦氣就是氦四，由兩個質子和兩個中子構成，當時沒有發現中子，原子序數是2，但原子量卻是4多一丟丟！
1931年，德國物理學者瓦爾特·博特和赫伯特·貝克爾發現用釙的高能α粒子轟擊鈹、硼或鋰這些較輕的元素時會產生一種貫穿力極強的輻射。開始他們認為這種輻射是伽馬射線，但與伽瑪射線的特性差異很大，1932年，英國物理學家詹姆斯·查德威克在劍橋大學用α粒子轟擊硼-10原子核得到氮-13原子核和一種新射線，查德維克認為這是一種新的粒子，並且用實驗證明了它，中子被發現！
玻爾的原子模型
當時蘇聯著名物理學家朗道正因波爾的邀請，參加新發現中子的討論，會議中朗道提出如果恆星質量超過錢德拉塞卡極限，也不會一直坍縮下去，而是電子會被壓入氦原子核，與質子一起中和成中子，中子和電子都是費米子，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。
1934年美國威爾遜山天文臺工作的沃爾特·巴德和弗裡茨·茲威基認為中子簡併壓力能夠支持質量超過錢德拉塞卡極限的恆星不再坍縮，因此預言了中子星的存在，但中子星坍縮後體積極小，雖然很亮但因距離遙遠也很難觀測，因此他們建議在超新星爆發的殘骸中尋找。因為他們認為重力坍縮能將提供超新星爆發時候的大部分能量，會將恆星外殼炸散成為超新星！
1965年射電望遠鏡發現蟹狀星雲中心有一個異常明亮的射電源，1967年貝爾發現脈衝星，1968年天文學家認為脈衝星就是中子星，1969年又證明了蟹狀星雲中心是一顆脈衝星，因此中子星、脈衝星和超新星之間聯繫到了一起。
中子星的密度有多大？
如果要討論中子星密度的話，必須要先來了解下原子的結構，上過中學的朋友應該都知道原子由原子核和電子構成，但原子對於原子來來說太龐大了，相當於一個大型體育館中央的桌球，甚至整個比例還不到，而電子則在距離這個桌球的不同位置以概率雲的模式出現，在光子的作用下躍遷，釋放光子，跌落，隨機出現在某處再某處……
氦原子基態
真實比例是當原子這個大小時，原子核在中心遠遠達不到一個像素，電子似乎佔了一大片空間，但電子的數量和質子是對應，也就是說一個質子就一個電子，而且電子質量極小，即使你將它忽略，也不會對物質的總質量產生多大影響，僅僅是小數點後幾十位才能被感知，但電子必不可少！
因此當白矮星中的電子被壓入原子核附近時候，物質的密度會大幅上升，這種壓縮可比壓縮分子間隙的效率高多了，白矮星可以發揮的空間餘地極大，因為電子有一大片空間的「水分」可以被壓縮掉！但它的極限是電子被壓入質子，兩者中和成中子，因此理論上的中子星密度就是原子核的密度，各位可以考慮下，整個體育場的的質量都集中在一個桌球上，當這些個桌球密密麻麻排列起來時，這密度得有多大！
中子的直徑是：10^(-15)m
中子的質量是：1.67×10^-27kg
基本上各位可以根據這個就能計算出中子密密麻麻排布時的密度，但中子星也不是從內而外都這樣排列，在它外部還存在離子狀態的物質，也就是還未被中和，因此這部分密度是比較低的，而內部則是中子簡併態提供支撐力，那麼可能會密度更高，中心的中子星物質可能處在一種奇異狀態！
為什麼在中間的物質「夸克膠子等離子體？」要加個問號？因為這個狀態完全是猜測中，已經處在能量的邊緣，但未能證實，不過位於美國紐約長島的布魯柯海文國家實驗室，在2011年利用RHIC（相對論重離子對撞機）達到了夸克膠子的相變溫度，也就是所謂的夸克膠子等離子狀態。
所以中子星的密度範圍大概從中子星的密度在8×10^13克至2×10^15克/立方釐米之間，這就是為什麼有個範圍的原因。但如果中子的密度則是一定的，不過單獨一塊中子物質可沒法獨立存在，很多朋友問一立方釐米的中子星物質在地球上會怎樣？其實不只是超高的質量，而是會衰變，質量虧損，能量釋放，比100顆大伊萬要厲害得多……地球完蛋了！