當宇宙中那些質量巨大的恆星「壽終正寢」之時,通常會發生威力巨大的「超新星爆發」,在短時間內,其亮度甚至可以與像銀河系這樣的星系媲美,堪稱是宇宙中最絢麗的煙火,而中子星就是誕生於這樣的「煙火」之中,它們其實就是恆星在發生「超新星爆發」之後殘留的緻密核心。
對於我們地球人而言,中子星無疑是一種令人生畏的天體,為了更具體地了解中子星到底有多可怕,我們不妨來假設一下,若把一小塊中子星物質放在地球上,會發生什麼,後果有多可怕。
中子星最引人注目的特點就是它們的密度,根據科學家的估算,中子星的密度最大可以達到20億噸/立方厘米,最小也有8000萬噸/立方厘米。
為方便討論,我們可以將「一小塊中子星物質」定義為一個長、寬、高均為1厘米的立方體,至於其密度,則可以取一個中間值,即10億噸/立方厘米。
可以想像的是,若將這樣一塊中子星物質放在地球上,那就相當於將一個10憶噸的物體壓在一平方厘米的面積上,很明顯,如此巨大的壓強,地球上根本沒有任何物質能夠抵擋,在這樣的情況下,這塊中子星物質就會幾乎不受阻擋地往地心墜落。
不過這塊中子星物質並不會墜落到地心去,這是因為中子星物質的密度需要中子星本身巨大的引力來維持,而與中子星相比,地球的引力根本就不值一提,所以在地球上,這塊中子星物質的體積就會急劇膨脹,進而引發一場規模不小的爆炸。然而這場爆炸卻並不是最終的結局,而僅僅是一個開始。
顧名思義,中子星就是主要由中子構成的天體,所以當這塊中子星物質急劇膨脹之後,中子就脫離了束縛,進而轉變成了一大堆自由中子,而自由中子是很不穩定的,它們在短時間內就會發生β衰變,進而釋放出巨大的能量,具體有多大能量呢?這是可以計算的。
當一個中子發生β衰變時,會釋放出一個電子和一個反電子中微子,同時其自身會轉變成一個質子,已知中子、質子、電子的質量分別約為1.6745乘以10的負27次方千克、1.6726乘以10的負27次方千克、9.10956乘以10的負31次方千克,據此可以計算出,中子會在衰變過程中損失大約0.15%的質量。
(註:反電子中微子的質量極小,這裡可以忽略不計)
考慮到中子衰變後產生的質子和電子,會與自由中子重新結合,生成像氘、氦這樣的原子,所以這裡我們不妨簡略地認為,在這塊重達10億噸的中子星物質轉變成一大堆自由中子之後,只會有50%的自由中子發生衰變,據此我們就可以計算出,整個過程會出現7500萬千克的質量損失。
這些損失的質量哪裡去了呢?答案就是:變成了能量。我們將7500萬千克代入愛因斯坦給出的質能方程(E=mc^2),就可以計算出,這一小塊中子星物質在衰變之後,釋放出的總能量約為6.75乘以10的24次方焦耳。可能大家對這種級別的能量釋放沒有什麼具體概念,所以這裡我們不妨用一個具體的例子來對比一下。
在大約6600萬年前,地球上曾經發生過一次生物大滅絕事件(即「白堊紀-古近紀滅絕事件」),此次事件直接造成了在地球上稱霸了1億多年的恐龍的滅絕,科學界普遍認為,造成此次事件的原因,就是一顆直徑約為10公里的小行星撞擊了地球,而根據科學家的估算,當這顆小行星撞擊地球時,其釋放的總能量大約為3.4乘以10的23次方焦耳。
也就是說,若把一小塊中子星物質放在地球上,那麼它在地球上釋放的總能量,大概是6600萬年前的那顆小行星的20倍!這確實是相當可怕,可以想像的是,如果這樣的事情真的發生了,那生活在地球表面的眾多生物都很難倖存下來,人類也不例外。當然了,這只是存在於我們的想像之中,在真實的宇宙里,這樣的事情並不會發生。