原來中子星是怎麼形成的,漲知識了!

2024-01-19     天文在線

原標題:原來中子星是怎麼形成的,漲知識了!

圖:G292.0+01.8.是很久之前一顆恆星爆炸後形成的超新星遺蹟。在其內部是一顆中子星,它正以每小時160萬千米的速度移動。從地球上看,它就像一顆高速脈衝星。

當一顆大型恆星到達其生命末期後,這顆恆星會發生爆炸並形成超新星遺蹟,其核心會形成比太陽質量略小的極小極密物質。這些在恆星爆炸後形成極小極密的物體便是中子星——宇宙中最奇怪的物體之一。

一顆典型的中子星的質量是太陽的1.4倍,甚至達到2倍,而中子星的直徑僅僅是12-25英里(20-40千米),大約是地球上的一座城市的規模,想像一下,我們的太陽直徑則是地球的100倍,由此可見中子星的密度之高。如果我們在中子星上舀一勺,這一勺的質量可能超過10億噸(約9000億千克),比地球上最高的山珠穆朗瑪峰還要重。

圖:紐約曼哈頓島直徑約13英里(21千米),中子星直徑與這差不多。

中子星是如何形成的?

縱觀恆星整個生命歷程,它們總能在此過程中保持精細的平衡,例如恆星引力與其內部核聚變引發的外推力之間的平衡。事實上,恆星閃耀的光芒正是來自其自身熔岩燃燒的過程。超新星爆炸過程中,引力突然急劇上升,並戰勝了數百萬年來累積在恆星內部的壓力。當核燃料消耗殆盡後,恆星外推力也消失了,並在引力的作用下,快速塌縮內聚。隨後,巨大的衝擊波在抵達核心後再次外擴,將恆星分裂成了碎塊。整個過程大概只需要十幾秒。

然而,引力並沒有取得完全勝利。儘管爆炸產生的大量碎片飛向了太空,但是其核心卻得以保留了下來,其質量大約是我們太陽的2倍。引力繼續壓縮著遺留下來的核心,當引力作用達到某一程度後,由於原子過於緊密導致電子只能以強力進入母核中,從而與質子結合形成中子。

正是由於其構成成分,中子星才被稱為中子星——一顆在引力作用下形成的超密度、高質量卻只有城市規模大小的中子態。中子星的內部結構的研究仍存在很多爭議。近期一項研究指出,他們跟蹤研究的一顆中子星上有著一層薄薄的金屬外殼,僅有約一米厚,在這層外殼下,是大量不同形態的中子。

關鍵是質量!

科學家相信,假如超新星爆炸後,星體的核心擁有足夠大的質量,引力塌縮將會繼續進行下去直到形成一個黑洞,而不是一顆中子星了。質量是區分中子星與黑洞的主要依據。天文學家認為,一顆中子星的質量大約是太陽質量的1.4至2.9倍,而能夠形成黑洞的內核的質量則是太陽質量的3倍左右。

中子星有哪些特性?

由於中子星密度極高,因此,他們擁有強大的引力和磁場。一顆中子星的引力大約是地球引力的一萬億倍,強大的引力不允許任何球體表面出現任何高大事物,因此,中子星的表面非常的光滑。或許,中子星上會出現「山」,但是這些「山「也僅有幾英寸的高度。

由於異乎尋常的磁場,中子星就像宇宙中的磁鐵。然而,科學家仍然沒有弄清楚這些星星上強大的磁場是從何而來。

2017年,LIGO引力波探測器探測到一場難以想像的中子星撞擊事件,這一事件也被認為是一些重元素,如金元素、鉑元素形成的根源。之所以這樣認為,是因為正常的超新星不可能產生足夠的壓力和溫度,以形成重元素。

還有人認為,一些無法理解的現象,包括神秘的無線電快速爆發現象、軟伽馬中繼器等,也是由中子星導致的。

中子星形成後,無法依靠自身產生任何光或熱。在經過幾百萬年的潛熱後,中子星的溫度也會從形成初期的60萬開爾文(約100萬攝氏度)逐步下降直到變成一顆毫無生機的冷星球。我們的銀河系中大約有一億顆中子星,但是,由於其過於古老,過於低溫,我們只能探測到其中的一小部分。

脈衝星:我們探測中子星的啟明燈

圖:脈衝星是我們在地球上探測中子星的指引,我們能夠探測到它規律性的脈衝。

儘管在很早之前,天文學理論已經預測到了中子星的存在,但是,直到1967年,科學家約瑟琳.貝爾.伯奈爾藉助一顆脈衝星探測到第一顆中子星。自此,我們探測到了更多的中子星,包括著名的蟹狀星雲中心的脈衝星,一位中國科學家於1054年曾探測到這顆超新星遺蹟。

在中子星上,強烈的磁場將無線電波聚集成兩束光束,並從磁極處射向太空,就像燈塔的光束。如果我們能夠獲得準確的中子星方位,那麼,我們就能夠在地球上看到這些光束,從而可以看到無線電閃爍並了解準確的間隔時間。事實上,中子星就是天體計時器,他們的準確性能夠媲美原子鐘。

儘管中子星轉速極快,然而我們仍然可以藉助脈衝星的無線電光束來測量他到底有多塊。迄今為止,我們探測到轉速最快的中子星每秒能夠轉716次,速度達到了三分之一的光速。

圖:愛爾蘭天文學家約瑟琳.貝爾.伯奈爾24歲時從「小綠人」(她和她的同事們取得名字)區域發現了太空中奇怪的無線電波。後來,他們了解到,這些脈衝來自中子星。高速轉動的中子星曾被科學家認為是釋放脈衝的脈衝星。

科幻警報!

羅伯特L.福沃德在其作品中,將生活在中子星上的原住民想像為「恐龍蛋」。克羅埃西亞評論道:「他們極小且密度極高,生活速度驚人,僅僅是一會兒時間。我記得這是一部很好的讀物。」安迪補充道:「是的,我記得那本書。非常有趣。難以想像,如果中子星的表面裂開了僅僅一毫米的縫,那也相當於是一場地震。」

關於中子星的其他信息:

關於中子星的五個不可思議的真相。

底線:中子星是超新星爆炸之後形成的極高密度的恆星核。中子星的密度低於黑洞,但是高於其他任何已知的恆星。

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