一立方厘米10亿吨, 一勺重量堪比珠峰!
中子星,这个宇宙中的“密度之王”,到底是怎样形成的?从恒星的坍缩到中子星的诞生,这背后隐藏着怎样的物理奥秘?
不仅仅是令人惊叹的高温和超强的旋转动能,它们的存在甚至对科学的发展起到了关键作用。想知道中子星如何成为宇宙探测的“灯塔”?
恒星的演化源于核聚变,而中子星的形成则源于核聚变的反过程——核裂变。当一颗质量超过太阳8倍的恒星耗尽核心燃料后,由于自身引力无法限制,会迅速坍缩,直至所有质量被挤压到原子核层面。
形成的这颗中子星,质量虽然比太阳小得多,但是体积却只有后者的几公里长,密度之大简直难以想象。
之所以说中子星密度大,是因为它几乎由纯中子组成,而中子相比电子以及质子,无疑要“胖”很多。
在中子星内部,大量的中子被硬生生压缩在一个体积极小的空间当中,形成密度极高、硬度极大的状态。这也是为什么中子星会被称为“密度之王”的原因。
但中子星的魅力不仅仅在于此,恒星形成的过程也为它们赋予了一种极强的旋转动能。由于坍缩的核心要和原恒星保持角动量守恒,所以中子星会拥有极其高速的自转状态。
根据科学家的测算,中子星1秒的自转周期可以达到几百次甚至上千次。
我们都知道,能量守恒在物理学中是一个很重要的定律,而这些高速运动的机械设备往往会因摩擦损耗而失去很多能量。
同样的道理也适用在中子星身上,它们通过自身表面不断碰撞摩擦来释放旋转能,从而发出规律的光和电磁波。
中子星表面温度之所以能够达到1000亿至10000亿开尔文,主要得益于这些高能射线的释放。实际上中子星就像是宇宙当中的“灯塔”,以极其规律和强大的射线发射出去。而我们能够接收到这些射线,正是因为它们像地球上的灯塔一样在发出求助信号。
有了这些规律性的射线作为线索,我们可以更好地认识和了解中子星,甚至有可能从中找到宇宙演化的规律。
就像约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯在1974年做出的发现一样,如果没有那颗中子星规律发出射线,他们很难确认它们是由两个天体一起产生的。
当时他们还以为自己找到了一颗规律异常的脉冲星,直到长时间的观测和测量之后才发现,原来这是两颗紧密相连、一起旋转产生规律性射线的中子星。
更加令人兴奋的是,通过测量科学家发现,这两颗中子星之间还存在着轨道衰减,它们正在以每年7.75小时的速度逐渐向彼此靠拢。
虽然这个数据看起来微不足道,但是对于天文学家来说却意味着巨大的变革。从牛顿时代开始,人类就一直试图找到证明万有引力存在的证据,在经历了近300年时间之后,终于在约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯手中得到了证明。
如果没有那颗中子星作为实验物体,也许爱因斯坦的广义相对论会被推翻。
中子星发现始于1967年。当时一位名叫贝尔纳尔·海斯的科学家正在进行日常工作,接收到来自宇宙深处一个规律性极强的电波。最初海斯还以为是仪器出现了问题,后来多次测量证实这不是来自人为干扰。
经过数月时间的观测和测量之后,人类终于发现了第一颗中子星的存在,并且从它身上找到了脉冲规律来源。这个发现对海斯来说意义重大,在此之前他已经发表过多篇关于天体探测方面的论文,并且积累了相当丰富的经验。
但是海斯最擅长的还是宇宙射电方面的研究,在这个领域他曾经获得过诺贝尔奖提名。如果不是因为意外接收到那颗来自中子星的电波,海斯可能永远无法证明自己理论模型的正确性。
可以说海斯是中子星研究历史上一个非常重要的人物。虽然他并不是第一个发现中子星存在的科学家,但是他凭借过人的耐心和观测技术,将这项研究推向了一个新的高度。
此后人类又陆续发现了许多不同类型和特征的中子星,在研究更多相关数据之后,我们对它们有了更深入的认识。
例如那颗旋转轴与地球轨道倾斜近90°角度的中子星,由于每次产生规律射线时就好像在甩盘绕一样频繁使用能量,因此表面温度并不算太高;再比如直径仅有10公里左右、重量却和太阳差不多的“重型”中子星等等。
可以说中子星的发现和研究已经成为20世纪最激动人心的天文学进步之一,在现代物理学和天文学两个领域都产生了非常深远影响。我们从中了解到恒星演化原来如此复杂,也从中看到宇宙物质演化到了极端状态。
那些属于地球和人类生活圈无法触及的东西,在中子星身上竟然拥有如此强大能量和磁场。即便距离我们数十亿光年之遥,但是还是给我们留下了深刻印象。
不过从另一个角度来说,或许正是因为这些距离和差异,在给我们惊奇和感动之余,也让我们有所警惕和担忧。比如中子星表面温度可达1000亿至10000亿开尔文之高;而它们散发出来的能量竟然是太阳辐射的几百万倍。
如果把这样一个“超级核弹”放在地球上会发生什么呢?根据科学家测算,在地球表面放置一立方厘米大小的中子星物质就足够让人类彻底消失在这个星球上了。
相比小行星撞地球、地球核爆炸甚至黑洞吞噬我们更久远之前毁灭地球的末日危机,《流浪地球》简直就像发人深思、切实可行的应急预案。