宇宙中密度最大的物體是什麼?

2020-12-02 騰訊網

你所見過或觸摸過的任何東西，即使是最堅硬的金屬，其內部都不像你想像的那麼充實。一切實物都是由物質組成的，但物質在很大程度上不是由任何東西組成的！不，我不是想騙你！但如果你把一個物體縮小到原子級別，你會注意到它裡面有大量的空白空間。

圖解:原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。

如果你把一個原子增加到一個足球場的大小，原子核(由中子和質子組成)將正好位於球場的中心，大致相當於一個普通彈珠的大小。然而，電子將處於球場的最邊緣，肉眼是看不見的。沒錯!如果你能想像到這一點，那麼你就會意識到，原子中有很大一部分都只是一片空白！

然而，如果這塊空地上填滿了更多的彈珠呢？如果你認為這是一個誇張或無意義的問題，那你就大錯特錯了。你看，宇宙比你可能想像的要神奇的多，充滿了無限的可能性，這會讓普通的人類科學家都感到困惑和難以理解。例如…中子星。

一顆中子星的誕生。

圖解：中子星（英語：neutron star），是恆星演化到末期，經由引力坍縮發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一。

當質量比太陽大8到20倍的恆星死亡時，一些非常奇怪的事情發生了。這顆恆星以超新星的形式爆炸，但它的核心仍然完好無損。如果核心的質量超過1.4倍太陽的質量，它就會開始坍塌。巨大的引力將核心和它的所有亞原子粒子(如質子和電子)壓縮在一起，形成了一個令人難以置信的緊密的普通中子網格。

這種坍塌只需要不到一秒鐘的時間，但核心結構的變化是劇烈的。中子是如此緊密地堆積在一起，以至核心收縮成直徑只有20公裡的微小球體，但仍保持其原來球體的質量。請記住，太陽的質量是地球的30萬倍。現在，想像一下，一顆質量是地球50萬倍的恆星被壓縮到一個小城市的大小！

圖解：中子星對比

所以，這就對了！中子星是宇宙中密度最高的天體。當然，可以說黑洞是密度最大的，但考慮到黑洞從現代技術上講是在觀察世界之外的，所以中子星才是密度最高的。

以下是中子星是宇宙中密度最大的物體的五大原因：

1.密度

在中子星中，物質通常擁有的所有空隙都完全被中子佔據，中子被恆星的引力聚集在一起，雖然這與中子的意願是背道而馳的。這使得這顆恆星的密度令人難以置信，以至於1立方釐米的中子（中子星的物質通常被稱為中子）大約是4億噸！為了好理解，讓我們以一頭大象為例。一頭非洲象的平均體重約為4噸。如果你試著把一億頭大象擠進一個方糖裡，你會達到與中子相同的密度！頭腦直接炸開了。

圖解：中子星的模型

2.重力

如此密度的恆星顯然會有極大的引力。如果你站在中子星的表面，你會被壓碎到你的原子狀態！然而，為了便於理解，讓我們假設你站在一顆中子星的表面上，你會比在地球上重1000億倍！在這個美麗的藍色星球上，我的體重約為52公斤(510牛頓)，但在中子星上，我的體重將達到52000億公斤(509950億牛頓)！比一頭大象重14億倍！

3.旋轉速度

中子星是一顆曾經輝煌的大恆星的身體，它在旋轉時度過了自己的幸福時間。然而，在超新星爆發後，剩餘的緻密核心保留了與較大恆星相同的角動量。如果原來的恆星需要幾周的旋轉時間，那麼它的中子星則會以每秒幾次的速度旋轉！滑冰運動員在收起雙臂以提高旋轉速度時也會使用同樣的技巧。

圖解：速度增加

4.脈衝星

一顆真正的快的中子星發出一種窄輻射束。這些光束與恆星一起旋轉，有點像天文燈塔。從地球上，我們探測到這些光束是一種脈衝。這樣的中子星因此被命名為脈衝星。這些脈衝星的自轉非常穩定，它們可以充當非常精確的宇宙鍾！

在雙星系統中也檢測到一些脈衝星，這意味著它們有另一顆恆星在繞著它們運行。然後脈衝星依靠其鄰居的能量和物質旋轉得更快。其中一些脈衝星每秒旋轉數百次！

圖解：毫秒脈衝星psr b1257 12

5.磁場

圖解：中子星的磁場強度是地球的一百萬億倍

如果說中子星有很強的磁場，那就太輕描淡寫了。一顆中子星的平均磁場強度可能比太陽強幾萬億倍！然而，一些中子星的磁場比其他中子星要強。

磁星基本上是類固醇上的中子星。它們的質量如此之大，以至於它們的磁場可能是太陽的四千萬億倍！它們相對罕見，只佔所有中子星的10%。磁星的磁場如此之強，以至於可以扭曲原子的形狀！這就是為什麼我們可以認為磁星不穩定而無法存在很長時間的原因。磁場減慢了恆星的自轉速度，最終導致了它的滅亡。磁星註定會在大約10000年內迅速消亡，這在宇宙時間尺度上只是曇花一現。

磁星的引力和快速自轉嚴重影響其地殼的完整性。地殼偶爾會斷裂，就像我們星球的地殼滑動並引發地震一樣；因此，這些事件被恰當地稱為星震。如果表面哪怕移動一釐米，由此產生的能量釋放就會導致大規模的爆炸！

圖解：脈衝星PSR B1509-58的輻射，一個快速旋轉的中子星，使得周邊氣體X射線發光（金色，來自錢德拉）並且照亮星雲的其他部分，這裡以紅外線可見（藍色與紅色，來自WISE）。

這些星震直接影響磁星的磁場，導致磁星耀斑，類似於太陽耀斑，但強度要強得多。你問有多強烈？幾萬億次！在不到一秒的時間內，磁星釋放的能量比太陽在25萬年內釋放的能量還要多！

2004年，繞地球運行的衛星探測到了一次巨大的X射線爆發，以至於他們被爆炸弄壞了衛星的「眼睛」！即使是地球的外層大氣也被這一事件部分電離了。它的來源被準確地定位為SGR1806-20磁星上的一次星震。信不信由你，這顆磁星橫跨半個星系——大約5萬光年遠！

圖解：恆星內部不同振動模式的激波穿透不同深度。

我們對中子星研究得越多，就越知道它們的了不起。即使到了今天，我們仍然在發現關於它們的新東西，儘管我們已經研究了幾十年。但誰知道以這樣的速度研究我們還能了解知道些什麼呢！

黑科學人

相關知識延伸閱讀

脈衝星（英語：Pulsar）是中子星的一種，為會周期性發射脈衝訊號的星體。

圖解：蟹狀星雲脈衝星的X射線/可見光波段合成圖像

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 且待少年歸- sciabc

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