中子星是宇宙奇迹
热衷天文的朋友们肯定都熟悉中子星,这类神秘星体的密度之大简直令人惊讶, 每立方厘米大概都有着十亿吨的重量 。
通俗点来讲, 仅一勺中子星物质,就和整座珠穆朗玛峰差不多重! 据科学家的推算, 如果地球是中子星那种质量密度的话,那么地球将会变成一个直径22米的球体。
除此之外,这种天体还能够散发出惊人的能量辐射,其威力高达太阳辐射的几百万倍。说到这里,大家或许都会好奇, 中子星究竟是如何形成的?它又为何会具有如此巨大的密度呢?
(相关资料图)
上世纪六十年代,世界各国科学家在天文领域的探索技术不断发展,发现了中子星的身影。最初我们称之为 “脉冲星” , 因为它们持续不断地发射电磁波脉冲信号 ,如同宇宙中的闪烁明星,为研究恒星的进化提供了重要的方向。
中子星源于恒星的不断进化,当恒星质量超过太阳质量的8倍时,它耗尽了自身核心的“燃料”,无法继续维持内外部核反应的平衡,内部的引力开始压倒外部的推力,最终导致恒星坍缩,出现 超新星爆炸 现象。
这一过程产生巨大的压力,将电子压缩到原子核中,使之与质子中和形成中子。由于中子不带电,并且相互之间不再相互排斥,中子会紧密连接在一起,填满了原本空旷的原子内部空间。
因此,中子星的密度非常高,就像一个原子核的巨大集合体。并且它的质量和硬度也超乎想象,所以科学家们都称之为是“密度之王”。
除了中子星,宇宙中还存在一种更神秘、更令人惊叹的天体,那就是黑洞。黑洞也是由恒星演化而来的,它的密度无限大,引力极强。 我们可以将黑洞看作是中子星的进化版本,具有更强大的引力和时空扭曲能力 。
那么两个都蕴藏着如此巨大能量的天体碰撞,又会产生什么样的后果呢?
2020年欧美和日本的天文学家们组成一个研究团队,用美国的 激光干涉引力波天文台 和意大利的 处女座引力波天文台 探测出两次引力波,后面得出结论是黑洞与中子星相撞时产生。
这种相撞我们不能再简单的现象成“火星撞地球”,因为 密度更大的黑洞是先将中子星“撕碎”,然后完全“吞噬” ,形成了一个更大的黑洞。这个了不起的发现用论文的形式发表在国际权威天文学刊物《天体物理学杂志快报》上,引起了科学界极大关注。
我们是如何发现中子星的
中子星半径通常只有10千米左右 。如果置身于这颗星球表面,骑着自行车转上一圈,或许连一天的时间都不需要。并且这些中子星距离我们数百上千光年相当遥远,那我们是通过什么样的方式发现了它的身影呢?
前苏联的物理学家朗道曾在1932年预测宇宙中可能存在中子星,但遗憾的是一直未被得到证实。然而,天文学家们却意外地在1967年接收到 源自宇宙中的一种奇怪的电波,这种电波非常的有规律 ,引起了世界上广泛的关注。甚至有许多人都坚信,这一定是来自外太空外星人在向我们传递信息。
经过几年的研究,英国天文学家休伊什揭开了谜底,证明这奇特的电波源自于一种特殊的天体,人们把这种天体命名为脉冲星。这些脉冲其实是因为中子星高速自转时产生的信号
原来中子星不仅拥有无比强大的引力,表面温度也非常高,可达1000亿~10000亿K,因此能够释放出比太阳还要耀眼100万倍的能量辐射。
又因为中子星每秒都在高速自转,因其自转轴与磁极并不完全对齐,这让这颗星体成为宇宙的“灯塔”,从磁极以某一独特的角度向宇宙空间发射强大能量的射线。
正因为中子星的这个特质,天文学家们巧妙地借助射电望远镜等高科技装置,聚焦于宇宙中微弱的信号,将中子星释放出的光芒捕捉到眼前,接收到它们发出的稳定脉冲信号。
科学家可以根据它们周围天体运行轨道、射电信号和X射线数据,结合相对论理论来推测它们的质量。
随后世界各国科学家们都开始了对中子星的无限探索,1974年Joseph Taylor和Russell Hulse发现了由 两颗中子星组成的第一颗双星脉冲 ,它们正在围绕着质心运行。
令人兴奋的是,这一发现恰好 验证了阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的预言 , 即大质量物体在短双星轨道上会发射引力波,导致轨道逐渐衰减。
了解了中子星的特性后,让我们再来做一个脑洞大开的假设 ,如果我们将一立方厘米中子物质轻轻放到地球表面上,结果会如何呢?
大家看到这可能会想象是 将一个10亿吨的物体压在一厘米的面积上 ,地表被这块中子星物质压得凹陷下去,然后继续往地球的内部坠落,甚至贯穿地球。但这根本不可能, 因为它一旦脱离中子星,仅靠自己的引力根本没法维持这么高的密度,会瞬间炸开释放出极大能量。
如果真有手段能维持它的简并态带到地球,再解除这种稳定状态,地球就差不多毁灭了。
我们可以举一个例子,大家都知道恐龙是大约6600万年前灭绝的。
科学家们推测造成此次事件的原因,就是一颗直径约为10公里的小行星撞击了地球,撞击时释放出庞大的能量引起爆炸,次生物大灭绝事件造成了恐龙等远古生物的灭绝。
若把一小块中子星物质放在地球上,那么它在地球上释放的总能量,大概是6600万年前的那颗小行星的20倍! 可以想象的,如果这样的事情真的发生了,那生活在地球表面的众多生物都很难幸存下来,人类也不例外。
中子星的发现是20世纪最激动人心的重大发现。为人类探索自然开辟了新的领域,而且对现代物理学的发展产生了深远影响,成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。
在我们的银河系中至少藏匿着20万颗中子星,如今我们已经成功地探测到其中的几千颗。我国的贵州天眼,是目前世界上最大的射电望远镜,于2016年竣工并投入试运行,短短几年的时间里,就捕捉到了240多颗闪烁的脉冲星。
虽然现在人类对中子星知之甚少,更无法接近这种极端天体,但中子星的发现对我们认识和观测宇宙起着重要作用,特别是脉冲星稳定精准有规律的脉冲信号,就像茫茫宇宙中的灯塔,成为我们进一步探索浩瀚宇宙的导航定位准星。
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