為什麼你應該要懼怕磁星的原因

2021-01-18 世界未解之謎

Paul Sutter先生是義大利第裡雅斯特天文臺的研究員及美國俄亥俄州立大學宇宙天文學及實作運用的客座學者.

Sutter同時是Ask a Spaceman及RealSpace的播客主持人,他同時在YouTube上有一系列 Space In Your Face的影片,並且此篇文章被刊登於Space.com’s Expert Voices: Op-Ed & Insights上。

我必須坦白地說:磁星(Magnetars)真的令我害怕,但在我解釋為什麼之前必須先了解磁星是什麼。磁星是種很特別的中子星且這些中子星是種特別死亡的恆星。

這些磁星很容易被生產出來只要你是一個擁有巨大質量的恆星。所有的恆星都在其核心處將氫氣融合成氦氣。被釋放出來的能量支撐著恆星不被自身重力的重量給壓碎,並且一個很有用的副作用是它會釋放出生命所需的溫度及光線給任何環繞著它的行星。但是來自核心的燃料終將會耗竭,在此時受到重力的影響恆星的核心處會更加的擠壓在一起。

隨著壓力加大,存於恆星中的氦氣開始融合成氧氣及碳元素直至氦氣完全耗盡。這就是我們的太陽在融合後的結果,但是有更多大質量的恆星會繼續進行著不均勻的燃燒,進行著更多密集及短生命周期的反應,在周期表上的體現反應直至鎳元素及鐵元素。

一旦固體的鎳元素及鐵元素在恆星核心處形成,很多的反應會變得雜亂無章且飛速。在此時仍然有許多的恆星物質殘餘在大氣中往核心推擠,但更多的融合併不會釋放能量因此也不會有殘留能量去避免恆星衰竭。

恆星會衰竭:鎳元素及鐵元素的原子核會分離(沒錯只有原子核,不要想在這種溫度及壓力下還能有完整的原子)。這些元素沒辦法應對核子衝擊。迷路的電子群被推到最近的質子群並且轉化成中子群。中子群仍然維持在中子群的狀態並且保持在滿穩定的狀態去預防恆星進一步的衰竭反映,一會兒我會再作解釋。那些流入的氣體嘗試著把核心擠壓成烏有並被中子核彈出並發出"喀不拉莫"的爆炸聲響。(註:我實際上並不知道那爆炸的聲響)

中子球

在超新星爆發會發生什麼現象的討論是個令人興奮的題目。我們現在專注在殘餘物質的討論:糊狀長得像球的中子團和一些流浪的質子群。中子球受到自身簡併壓力(degeneracy pressure)的支撐去抵銷自身的重量,簡併壓力是個好聽的說法指的是你只能裝載特定數量的中子群到一個箱子或是一個球體內。這是顯而易見的中子將會佔據了整個球體,但事情並不一定要照這劇本走。事實上是這簡併壓力造成了超新星爆發的劇烈反應。

我應該特別提到這點,如果仍然有許多的剩餘物質圍繞在中子球周圍,它本身的重量將會壓迫到簡併壓力。就在此時看看發生了什麼:一個黑洞就這樣被創造出來了,但這也是另一個故事了。我們絕對不會想要像那個被壓迫的可憐恆星一樣。

中子球,或者我該合適地稱它為中子星是很奇怪的,我想這是形容它(中子球)所用得最好的詞彙。中子星基本上就是如同城市大小體積般的原子核,是由全宇宙密度最高的東西之一。在這些恆星內部的重力把原子核擠分開讓它的部位隨意地飄移。

大部分的時候都是中子群在裡層,但仍然有部份的質子群在周圍飄移。一般而言,這些質子群會相互排斥但是它們就像被強核力(Strong Nuclear Force)強迫跟中子群綁在一塊。

在中子星內部存有在極端情況下,複雜的物理交織作用造就了奇怪的構造。從表面開始,有著數百個長的像義大利麵疙瘩的中子團;在那之下,中子團互相連結成許多條長鏈就如同我們已經進入了義大利麵的表層;再往裡走,遇到了更極端的壓力這些義大利麵狀的長條鏈互相融合成千層面般的構造;更往裡走,千層面般的中子群失去了本來的形狀轉變為整齊劃一的棒狀物,但是這些棒狀物有著長長的隧道般的洞通過中心,最後形成了如同義大利筆管面般的形狀。

我希望這些名字是我捏造的,但這些比喻是極度飢餓的物理學家所想出來的。

我有提到中子星會旋轉嗎?沒錯,每秒鐘轉了數百次。一個有如此大重力的物體僅僅有數毫米高,旋轉的速度可媲美你廚房的果汁機。好了!我們不再是亂來了。

中子星很恐怖

諸如種種所述:不可思議的密度,超複雜的結構及荒謬的高轉速代表著中子星攜帶著滿嚇人的磁場。但磁場的產生不是需要充飽電的粒子嗎?中子不是中性的嗎?你說的對,但仍然有許多質子在裡面打轉,而這些高密度讓物理學變得很複雜...所以就算是中子星,它們仍然帶有磁場。

磁場究竟有多強?當你試著擠壓一個中子星的磁場,每當你擠壓一次磁場就變得更強,密度也變得更高。假定我們在擠壓從恆星大小(直徑100萬公裡或英裡)到城市大小(直徑25公裡,大約15英裡)的中子星,配合著內部的相關複雜的物理反應過程會加大磁場的影響,因此你可以想像這些磁場將有多強。

事實上你不需要想像,因為我將會解釋給你了解。讓我們從熟識的地球開始,它的磁場大約是1高斯(gauss),這大約跟太陽的磁場差不了太多大約相差幾高斯到數百高斯(取決於你在太陽的哪個表面上做測量)核磁共振的檢查呢?大約是10000高斯。最強的人造磁場大約是數十萬高斯;事實上,我們沒辦法在機器不損壞的情況下製造出高於一百萬高斯的磁場。

讓我們回到中子星的磁場上,它大約有1兆高斯強度的磁場。你沒有看錯!單位的確是」兆」。

進入磁星

我們終於要來談磁星了,你大概可以猜到它得名於磁力的強度(大約是一百萬的四次方高斯);這大約是你目前所處磁場的1000兆倍強,這讓磁星贏得了宇宙最強磁場競賽的冠軍,數字很龐大到我們很難用大腦去理解它。

這些磁場強大到帶給它們當地環境毀滅性的破壞。你知道原子群是由帶負電的電子環繞著正電的原子核所組成的嗎?這些電荷會對磁場有反應,但在正常的情況下不會。任何不幸的原子群會在磁星群變成筆管形狀。

它可不會就此打住,在所有原子群打亂之後;一般的分子化學作用都將不適用於此。你說共價鍵(Covalent bonds)嗎?哈,磁場可是會帶來巨量的高密度輻射爆炸;一般而言可不是什麼好事。

如果不幸離磁星太近(1000公裡或近600英裡)它所產生的磁場仍強大到可以影響你的生物電子使你的神經失效及影響你的分子結構。在磁星的範圍內,你將會被溶解...

我們沒辦法準確自了解為何磁星有如此強大的磁場。如同我所描述,中子星在物理學上的描述還很概略攏統。看起來磁星的壽命並不長,大約經過了1萬年(上下)以後它們將會穩定下來變成一般的中子星(仍然密度極高,磁場超強只是沒有磁星那麼可怕)。

因此即便是它們很恐怖,但至少它們不會存活那麼久。

相關焦點

  • 什麼是磁星?
    關於中子星以及它們的不同變種,我們已經寫了一些文章,所以這裡我們應該對其已有所了解。中子星的概念圖。來源:NASA如你所知,當比我們太陽更大的恆星發生超新星爆炸後,它就有可能形成中子星。而當這些恆星死亡,他們向外對光線的壓力將無法抵消光線受到的向內的強大引力。
  • 什麼是磁星?(視頻)
    雖然在地球上你可以活到長達80歲才最終死去,但宇宙中的其他地方往往會是另一個極端。那些地方會在瞬間就將你殺死。而其中最具殺傷力的就是超新星以及超新星爆炸後留下的殘餘——中子星。關於中子星以及它們的不同變種,我們已經寫了一些文章,所以這裡我們應該對其已有所了解。中子星的概念圖。
  • 宇宙中的磁星多恐怖?
    說磁星之前先說一些中子星,中子星是中質量恆星坍塌後的結果,中子星又有一小部分會變成磁星,也就是磁場異常強大的星體。
  • 磁星的死神之力
    最近,他們在外太空發現了另一種天體,它和隕石一樣,也有可能造成地球生命的大滅絕,那就是恆星炸毀之後的屍體——磁星。它潛伏在太空中,隨時可能滅掉地球。異常的天體你聽說過磁星嗎?要想知道磁星的殺傷力,以及它如何對地球人產生威脅之前,我們先要從恆星的演化故事講起。恆星的壽命一般以十億年的尺度來測量,每一顆恆星的死亡之期幾乎是確定的,這個日期可以通過計算恆星的核能燃料儲備量(主要是氫和氦)而得到。一旦這些核能燃料被消耗殆盡,恆星就會塌縮,走向生命終點。但死亡後的恆星並不會完全消失,它的屍體仍舊在宇宙中發揮作用,恆星死後命運究竟如何,這主要得看它的體重。
  • 磁星vs脈衝星的區別是什麼?磁星和脈衝星是什麼樣的存在?
    中子星是整個宇宙中非常恐怖的一種星體,中子星所爆發的能量足以毀滅整個地球,但是脈衝星和磁星同樣是中子星的衍生物。這兩種身體能夠釋放出巨大的能量,甚至這兩種星體釋放的能量比普通的中子星還要強大,嚴重時可以摧毀整個太陽系。
  • 磁星是什麼類型的行星?
    磁星是一種特殊的脈衝星,脈衝星是快速旋轉的中子星,中子星則是大質量恆星爆炸後形成的超新星:爆炸時恆星的外層被拋射入太空,而其核心塌縮成脈衝星
  • 磁星被稱為「怪物天體」,摧毀力極強,地球周邊會存在磁星嗎?
    過去的多年時間裡,科學家們一直在宇宙中尋找快速射電暴的蛛絲馬跡,經過大量的數據分析,現代研究認為,快速射電暴的形成原因,大致分為以下兩種:第一種,和宇宙中的磁星活動有關;第二種,則與某些緻密天體爆發時產生的激波有關。究竟答案是哪一種?
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  • 科學家捕捉變星的磁活動
    在銀河系中存在大量變星,變星是一類亮度與電磁輻射不穩定的恆星,包括類太陽磁活動星、耀星,脈動變星,超新星等。
  • 磁單極子是什麼?為什麼要研究它?
    Sheldon 理論物理博士,科學松鼠會成員:我們平時會說「電能生磁,磁能生電」,實際上,電和磁在電磁場理論中的地位並不是完全對等的。磁荷總是成對出現,如果你一刀把條形磁鐵斷開,得到的不是兩個獨立的南磁極和只北磁極,而是南北磁極俱全的兩個小磁鐵。看一下通電螺線管就會進一步理解這種現象的起因。(黑色為電流方向,紅色為磁力線方向)把通電螺線管從中間切成兩半,你會得到兩個完整的小一些的通電螺線管。
  • 研究稱中子星碰撞可能產生了擁有極強磁場的罕見磁星
    來自哈勃的近紅外圖像顯示了一個極其明亮的暴發--比以往看到的任何一顆千億星都要亮10倍左右(儘管到目前為止只有少數幾顆被觀測到)。研究團隊最終確定了一個被他們稱為 「磁星助推的千新星 」的模型來解釋這種極端的亮度。兩顆中子星在深空碰撞,可能產生了磁星。如果得到證實,這將是天文學家首次發現這些極端恆星的誕生。當兩個密度較大的宇宙天體-- 如中子星和黑洞相互撞擊時,就會產生千新星。
  • 磁星,宇宙中磁場最強的天體,當它爆發時威力有多大?
    在很久很久以前,火星很可能也是擁有磁場的,只不過由於某些未知的原因,火星磁場消失了,火星也隨之變成了一片不毛之地。從某種角度來看,天體磁場的消失具有某種必然性,因為歐姆阻尼耗散的原因,天體磁場會不斷衰減,如果沒有補充源的話,磁場耗盡只是個時間問題。在一般情況下,質量越大的天體,其磁場也就越強。
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    磁星宇宙間具有最強磁場天體,它的危險程度不亞於黑洞,它的強大磁場使得你還沒接近時就已化為無有,知道萬磁王吧,他的操控磁場已是神般存在,而磁星可說是宇宙中的萬磁王,它的恐怖地球也曾感受過。,距地球約5萬光年,由於星震發出伽碼射線高能量電磁波,就在這麼遠的距離5萬光年(光每秒走30萬公裡,光走了5萬年的距離,腦補下多長吧)瞪了眼地球,使的地球大氣層發生電離,形成極光,地球軌道外千餘顆衛星受到影響,這也是有史以來遭遇最強咖碼射線暴,也多虧地球大氣層以及自身磁場削弱了這種高能電磁波,使的我們不受影響,若磁星位置距地球稍進的話足以致命,可見其恐怖。
  • 死亡天體訴說著鮮活的秘密:磁星和脈衝星到底有何關係
    據推測,在一顆能夠變成中子星的大質量恆星變成超新星後,有10%的概率會變成磁星。這種天體的磁場非常強,最高甚至可以達到1000億特斯拉。相比之下,地球的磁場在兩極也只有7×10^-5特斯拉。即使是普通的中子星,磁場強度也僅有磁星的幾千分之一。如果一顆磁星位於地球20萬公裡外(即地月距離的一半),它甚至可以把你手中銀行卡的磁條抽出來。
  • 天文學家發現巨型磁星 對黑洞理論形成挑戰
    綜合國外媒體報導,一些天文學家8月18日稱,一顆擁有超強磁場的中子星的發現對恆星演化和黑洞理論形成挑戰。這顆磁星位於距地球1.6萬光年的天壇星座裡的Westerlund 1星團。該星團是1961年瑞典天文學家發現的,它是銀河系裡擁有質量超級龐大恆星最多的星團之一,達數百顆,有些恆星的亮度幾乎是太陽的100萬倍,有些的直徑是太陽的2000多倍。對於宇宙的年齡而言,這個星團非常年輕,大概只有350萬到500萬年。Westerlund 1星團裡有一些銀河系裡為數不多的磁星,這些磁星是由超新星爆炸後形成的特殊的中子星,其磁場比地球的磁場強百萬甚至是10億倍。
  • 發現五十五萬歲奇異磁星
    磁星是一類周期性爆發劇烈輻射的緻密星體,它是恆星死亡後留下的殘骸,其中一些是宇宙中最極端的天體。近日利用美國宇航局錢德拉X射線空間望遠鏡和其它數顆衛星開展的一項觀測結果顯示,磁星可能要比原先設想中的更加多樣化,並且在數量上也更為常見。   當一顆大質量恆星耗盡燃料,其核心發生塌縮形成一顆中子星。
  • 宇宙間唯一可以發出「星震」的天體——磁星
    但是不是所有的中子星都會成為磁星,變成磁星的概率只有10%,因為變成磁星的前提需要恆星在成為超新星前就具備高速的自轉速度和強大的磁場,但是在超新星爆炸後形成的磁星和中子星一樣,體積小,在堅硬的外表殼下包裹著被壓強壓成的液體內核。
  • 磁星——宇宙間唯一可以發出「星震」天體
    也並不是所有的中子星會有這種現象,中子星中有種異類叫磁星,因其強大的磁場而得名星震就是經常發生在這種星體上。一般來說超新星爆炸後剩下的恆星核一般會成為中子星,但是不是所有的中子星都會成為磁星,變成磁星的概率只有10%,因為變成磁星的前提需要恆星在成為超新星前就具備高速的自轉速度和強大的磁場,但是在超新星爆炸後形成的磁星和中子星一樣,體積小,在堅硬的外表殼下包裹著被壓強壓成的液體內核。
  • 宇宙間唯一可以發出「星震」天體《磁星》
    也並不是所有的中子星會有這種現象,中子星中有種異類叫磁星,因其強大的磁場而得名星震就是經常發生在這種星體上。    一般來說超新星爆炸後剩下的恆星核一般會成為中子星,但是不是所有的中子星都會成為磁星,變成磁星的概率只有10%,因為變成磁星的前提需要恆星在成為超新星前就具備高速的自轉速度和強大的磁場,但是在超新星爆炸後形成的磁星和中子星一樣,體積小,在堅硬的外表殼下包裹著被壓強壓成的液體內核。
  • 天文學家們發現一顆特殊的磁星,它居然也有脈衝星的表現性質
    在2020年底,天文學家發現了一顆獨特的磁星,天文學家們將這個成員放在了新的分類列表中,因為它很稀有,也很特殊。NASA錢德拉X射線天文臺的新觀測結果確定它是脈衝星,這意味著它可以發出規則的光脈衝。磁星是中子星的一種,它是一個密度驚人的天體,主要由緊密堆積的中子組成,中子是在超新星爆發期間由大質量恆星的坍塌核心形成的。 使磁星與其他中子星區分開的原因是,它們在宇宙中還擁有最強大的已知磁場。做個類比,我們星球磁場的強度約為1高斯,而冰箱磁鐵約為100高斯,而磁星具有大約一億億高斯的磁場。如果一顆磁星距離我們有65000公裡,它就可以擦除地球上所有信用卡的數據。