中子星,仅次于黑洞的神秘天体,密度极其高,一小勺中子星物质的质量就可以达到数十亿吨,这在很多人看来是难以想象,甚至难以接受的。

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所以有人就会认为科学家只是在忽悠人罢了,怎么可能存在如此重的天体呢?

实际上,不仅理论上,实际上天文学家也发现了中子星的存在,而且发现了不止一颗。

当然,由于中子星个头通常都很小,距离又很远,即便是最强大的天文望远镜,也不能直接看到中子星,那么,天文学家是如何证实中子星的存在呢?

千万不要以我们普通人的智商去衡量天文学家们,他们都是极其聪明的存在,甚至比我们想象的还要厉害。中子星有几个特点,引力巨大,温度超高,磁场超强,辐射能力超强,可以发出超强的射电源。

同时中子星还会高速旋转,最快的中子星每秒可以旋转超过2000圈,在旋转的过程中发出强大能量的射线,随着中子星的旋转,高能量射线就像灯塔一样扫过宇宙太空,等到扫到地球时,就可能被射电望远镜捕捉到。

实际上,中子星这种特殊天体,早就被理论预言存在了,就是根据爱因斯坦的相对论。在极端的引力作用下,天体会被压缩到极度致密的状态,形成特殊的天体,比如说白矮星,中子星甚至黑洞

科学家们也早就计算出了白矮星,中子星和黑洞的诞生条件。

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如果一颗恒星的质量低于太阳质量的8倍,在生命演化晚期会膨胀为红巨星,最终外壳和内核脱离,外壳物质消散到太空,而致密的内核坍缩为白矮星,质量大约在0.6到1.44倍太阳,如果超过了1.44倍质量,白矮星就会继续向内坍缩。

所以,1.44倍太阳质量也是白矮星的质量极限,也被称为“钱德拉塞卡极限”。我们的太阳死亡之后,就会沦为一颗白矮星。

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白矮星密度其实也很大,每立方厘米白矮星物质质量可达千万吨。白矮星之所以不能继续向内坍缩,就是因为电子简并压的存在,电子简并压产生的强大力量与白矮星自身引力达到了平衡。

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说到电子简并压,就需要提到泡利不相容原理,讲的是两个粒子不能处于相同的量子态,一旦两个粒子,比如说电子在外部力量作用下不得不进入相同的量子态,就会产生巨大的斥力,就是电子简并压。

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就相当于你就喜欢一个人独处,待在一个房间里,而我非要去你房间里,你就会非常排斥,用力往外推我,这种力量就相当于电子简并压。

说白了,白矮星内部物质虽然不是如今我们看到的任何元素,但还能保持原子的基本稳定和模样,电子并没有被压缩到原子核上。

但是,如果白矮星质量超过了1.44倍太阳质量,电子简并压也扛不住了,开始继续向内坍缩,最终成为中子星。

也就是说,1.44倍太阳质量是中子星质量的下限,但也有上限,这个上限就是奥本海默极限,大约3.2倍质量,超过这个极限,中子星也会继续向内坍缩,最终成为黑洞。

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中子星,顾名思义,就是完全由中子构成的天体,凭借比电子简并压更强大的中子简并压与自身引力抗衡,保持稳定。

平时我们看到的物质之所以能保持稳定,就是依靠电磁作用对抗引力保持稳定的,这就是由原子和分子构成的物质。而依靠简并压对抗引力的物质,其实已经不是普通物质了,比如说白矮星和中子星物质,都不是我们常见的物质。

比如说中子星,完全由致密的中子构成,就相当于超大的原子核,但比原子核密度更大,意味着中子星比原子核还要致密。

原子核密度大约每立方厘米1亿吨,已经相当恐怖了,而中子星密度甚至可以超过每立方厘米10亿吨,中子星物质根本不是我们看到的任何物质形态。

不过中子星还不算最恐怖的,理论上还存在更恐怖的天体:夸可星。

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刚才讲了,中子简并压是比电子简并压更强大的力量,中子星就是依靠强大的电子简并压对抗自身引力保持稳定的,实际上还存在比中子简并压更强大的简并压:夸克简并压。

如果宇宙中真的存在夸可星,那么它的密度比中子星要大得多,甚至大上亿倍。不过至今为止,科学家们都没有发现夸可星的存在。

目前,我们通常认为奥本海默极限就是中子星的上限,超过这个上限中子星就会坍缩为黑洞,所有物质都会被压缩到无限小的奇点上。

黑洞是比中子星更诡异的天体,目前的所有大自然法则都无法解释。不过2019年天文学家终于拍摄到了黑洞的照片,也证实了广义相对论的预言。

而天文学家们找到中子星的时间更早。1967年,天文学家们收到了宇宙太空传来的奇怪电波,就像人的脉搏跳动一样,很有规律。后来英国天文学家休伊什终于弄清了这种电波是由某种天体发出的,命名为脉冲星,也就是中子星旋转发出的脉冲,扫过地球被人们发现的中子星。

休伊什本人也因此获得了1974年诺贝尔奖。

由此可见,中子星确实存在,而且早已经被人类服务了。

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人类目前已经发现了成千上万颗中子星,中子星的发现对人类认知和探测宇宙起着很重要的作用,尤其是脉冲星,具有极其稳定精准有规律的脉冲信号,就像是茫茫宇宙中的灯塔一样,可以作为未来人类星际旅行中的导航系统,就像如今我们使用的卫星导航系统那样!

完。