一立方厘米10億噸, 一勺重量堪比珠峰!

中子星,這個宇宙中的“密度之王”,到底是怎樣形成的?從恆星的坍縮到中子星的誕生,這背後隱藏着怎樣的物理奧秘?

不僅僅是令人驚歎的高溫和超強的旋轉動能,它們的存在甚至對科學的發展起到了關鍵作用。想知道中子星如何成爲宇宙探測的“燈塔”?

恆星的演化源於核聚變,而中子星的形成則源於核聚變的反過程——核裂變。當一顆質量超過太陽8倍的恆星耗盡核心燃料後,由於自身引力無法限制,會迅速坍縮,直至所有質量被擠壓到原子核層面。

形成的這顆中子星,質量雖然比太陽小得多,但是體積卻只有後者的幾公里長,密度之大簡直難以想象。

之所以說中子星密度大,是因爲它幾乎由純中子組成,而中子相比電子以及質子,無疑要“胖”很多。

在中子星內部,大量的中子被硬生生壓縮在一個體積極小的空間當中,形成密度極高、硬度極大的狀態。這也是爲什麼中子星會被稱爲“密度之王”的原因。

但中子星的魅力不僅僅在於此,恆星形成的過程也爲它們賦予了一種極強的旋轉動能。由於坍縮的核心要和原恆星保持角動量守恆,所以中子星會擁有極其高速的自轉狀態。

根據科學家的測算,中子星1秒的自轉週期可以達到幾百次甚至上千次。

我們都知道,能量守恆在物理學中是一個很重要的定律,而這些高速運動的機械設備往往會因摩擦損耗而失去很多能量。

同樣的道理也適用在中子星身上,它們通過自身表面不斷碰撞摩擦來釋放旋轉能,從而發出規律的光和電磁波。

中子星表面溫度之所以能夠達到1000億至10000億開爾文,主要得益於這些高能射線的釋放。實際上中子星就像是宇宙當中的“燈塔”,以極其規律和強大的射線發射出去。而我們能夠接收到這些射線,正是因爲它們像地球上的燈塔一樣在發出求助信號。

有了這些規律性的射線作爲線索,我們可以更好地認識和了解中子星,甚至有可能從中找到宇宙演化的規律。

就像約瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯在1974年做出的發現一樣,如果沒有那顆中子星規律發出射線,他們很難確認它們是由兩個天體一起產生的。

當時他們還以爲自己找到了一顆規律異常的脈衝星,直到長時間的觀測和測量之後才發現,原來這是兩顆緊密相連、一起旋轉產生規律性射線的中子星。

更加令人興奮的是,通過測量科學家發現,這兩顆中子星之間還存在着軌道衰減,它們正在以每年7.75小時的速度逐漸向彼此靠攏。

雖然這個數據看起來微不足道,但是對於天文學家來說卻意味着巨大的變革。從牛頓時代開始,人類就一直試圖找到證明萬有引力存在的證據,在經歷了近300年時間之後,終於在約瑟夫·泰勒和拉塞爾·赫爾斯手中得到了證明。

如果沒有那顆中子星作爲實驗物體,也許愛因斯坦的廣義相對論會被推翻。

中子星發現始於1967年。當時一位名叫貝爾納爾·海斯的科學家正在進行日常工作,接收到來自宇宙深處一個規律性極強的電波。最初海斯還以爲是儀器出現了問題,後來多次測量證實這不是來自人爲干擾。

經過數月時間的觀測和測量之後,人類終於發現了第一顆中子星的存在,並且從它身上找到了脈衝規律來源。這個發現對海斯來說意義重大,在此之前他已經發表過多篇關於天體探測方面的論文,並且積累了相當豐富的經驗。

但是海斯最擅長的還是宇宙射電方面的研究,在這個領域他曾經獲得過諾貝爾獎提名。如果不是因爲意外接收到那顆來自中子星的電波,海斯可能永遠無法證明自己理論模型的正確性。

可以說海斯是中子星研究歷史上一個非常重要的人物。雖然他並不是第一個發現中子星存在的科學家,但是他憑藉過人的耐心和觀測技術,將這項研究推向了一個新的高度。

此後人類又陸續發現了許多不同類型和特徵的中子星,在研究更多相關數據之後,我們對它們有了更深入的認識。

例如那顆旋轉軸與地球軌道傾斜近90°角度的中子星,由於每次產生規律射線時就好像在甩盤繞一樣頻繁使用能量,因此表面溫度並不算太高;再比如直徑僅有10公里左右、重量卻和太陽差不多的“重型”中子星等等。

可以說中子星的發現和研究已經成爲20世紀最激動人心的天文學進步之一,在現代物理學和天文學兩個領域都產生了非常深遠影響。我們從中瞭解到恆星演化原來如此複雜,也從中看到宇宙物質演化到了極端狀態。

那些屬於地球和人類生活圈無法觸及的東西,在中子星身上竟然擁有如此強大能量和磁場。即便距離我們數十億光年之遙,但是還是給我們留下了深刻印象。

不過從另一個角度來說,或許正是因爲這些距離和差異,在給我們驚奇和感動之餘,也讓我們有所警惕和擔憂。比如中子星表面溫度可達1000億至10000億開爾文之高;而它們散發出來的能量竟然是太陽輻射的幾百萬倍。

如果把這樣一個“超級核彈”放在地球上會發生什麼呢?根據科學家測算,在地球表面放置一立方厘米大小的中子星物質就足夠讓人類徹底消失在這個星球上了。

相比小行星撞地球、地球核爆炸甚至黑洞吞噬我們更久遠之前毀滅地球的末日危機,《流浪地球》簡直就像發人深思、切實可行的應急預案。