精選百科
本文由作者推薦
中子星
除黑洞外密度最大的星體
中子星，又名波霎，是恒星演化到末期，經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆炸之后，可能成為的少數(shù)終點(diǎn)之一。一顆典型的中子星質(zhì)量介于太陽(yáng)質(zhì)量的1.35倍到2.1倍，半徑則在10至20公里之間，乒乓球大小的中子星相當(dāng)于地球上一座山的重量。
中子星是20世紀(jì)激動(dòng)人心的重大發(fā)現(xiàn)，為人類(lèi)探索自然開(kāi)辟了新的領(lǐng)域，而且對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，成為上世紀(jì)60年代天文學(xué)的四大發(fā)現(xiàn)之一。
基本簡(jiǎn)介
中子星簡(jiǎn)介
非常靠近地球的中子
白矮星被壓縮成中子星的過(guò)程中恒星遭受劇烈的壓縮使其組成物質(zhì)中的電子并入質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子，直徑大約只有十余公里，但上頭一立方厘米的物質(zhì)便可重達(dá)十億噸，且旋轉(zhuǎn)速度極快，而由于其磁軸和自轉(zhuǎn)軸并不重合，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的無(wú)線電波可能會(huì)以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又譯作波霎。
中子星的密度為10的11次方千克/立方厘米，也就是每立方厘米的質(zhì)量竟為一億噸之巨。中子星是除黑洞外密度最大的星體，是20世紀(jì)60年代最重大的發(fā)現(xiàn)之一。
中子星起源
中子星的密度為每立方厘米8^14~10^15克，相當(dāng)于每立方厘米重1億噸以上。此密度也就是原子核的密度，是水的密度的一百萬(wàn)億倍。對(duì)比起白矮星的幾十噸/立方厘米，后者似乎又不值一提了。如果把地球壓縮成這樣，地球的直徑將只有22米!事實(shí)上，中子星的密度是如此之大，半徑十公里的中子星的質(zhì)量就與太陽(yáng)的質(zhì)量相當(dāng)了。
同白矮星一樣，中子星是處于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不過(guò)能夠形成中子星的恒星，其質(zhì)量更大罷了。根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，當(dāng)老年恒星的質(zhì)量為太陽(yáng)質(zhì)量的約8~2、30倍時(shí)，它就有可能最后變?yōu)橐活w中子星，而質(zhì)量小于8個(gè)太陽(yáng)的恒星往往只能變化為一顆白矮星。但是，中子星與白矮星的區(qū)別，不只是生成它們的恒星質(zhì)量不同。它們的物質(zhì)存在狀態(tài)是完全不同的。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，白矮星的密度雖然大，但還在正常物質(zhì)結(jié)構(gòu)能達(dá)到的最大密度范圍內(nèi)：電子還是電子，原子核還是原子核，原子結(jié)構(gòu)完整。而在中子星里，壓力是如此之大，白矮星中的電子簡(jiǎn)并壓再也承受不起了：電子被壓縮到原子核中，同質(zhì)子中和為中子，使原子變得僅由中子組成，中子簡(jiǎn)并壓支撐住了中子星，阻止它進(jìn)一步壓縮。而整個(gè)中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的?？梢赃@樣說(shuō)，中子星就是一個(gè)巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的質(zhì)量非常大以至于巨大的引力讓光線都是呈拋物線掙脫。
在形成的過(guò)程中，中子星同白矮星是非常類(lèi)似的。當(dāng)恒星外殼向外膨脹時(shí)，它的核受反作用力而收縮。核在巨大的壓力和由此產(chǎn)生的高溫下發(fā)生一系列復(fù)雜的物理變化，最后形成一顆中子星內(nèi)核。而整個(gè)恒星將以一次極為壯觀的爆炸來(lái)了結(jié)自己的生命。這就是天文學(xué)中著名的“超新星爆發(fā)”。
中子星，是恒星演化到末期，經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆炸之后，可能成為的少數(shù)終點(diǎn)之一。恒星在核心的氫、氦、碳等元素于核聚變反應(yīng)中耗盡，當(dāng)它們最終轉(zhuǎn)變成鐵元素時(shí)便無(wú)法從核聚變中獲得能量。
磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的無(wú)線電波等各種輻射可能會(huì)以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又稱(chēng)作脈沖星。
一顆典型的中子星質(zhì)量介于太陽(yáng)質(zhì)量的1.35到2.1倍，半徑則在10至20公里之間（質(zhì)量越大半徑收縮得越大），也就是太陽(yáng)半徑的30,000至70,000分之一。因此，中子星的密度在每立方厘米克至克間，此密度大約是原子核的密度。致密恒星的質(zhì)量低于1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量，則可能是白矮星，但質(zhì)量大于錢(qián)德拉塞卡極限（1.5-3.0倍太陽(yáng)質(zhì)量）的中子星會(huì)繼續(xù)發(fā)生引力坍縮，則無(wú)可避免的將產(chǎn)生黑洞。
由于中子星保留了母恒星大部分的角動(dòng)量，但半徑只是母恒星極微小的量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減少導(dǎo)致了轉(zhuǎn)速迅速的遞加，產(chǎn)生非常高的自轉(zhuǎn)速率，周期從毫秒脈沖星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強(qiáng)大的表面重力，強(qiáng)度是地球的到倍。逃逸速度是將物體由重力場(chǎng)移動(dòng)至無(wú)窮遠(yuǎn)的距離所需要的速度，是測(cè)量重力的一項(xiàng)指標(biāo)。
歷史的發(fā)現(xiàn)
中子星-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖
1934年，美國(guó)威爾遜山天文臺(tái)工作的沃爾特·巴德和弗里茨·茲威基發(fā)表文章稱(chēng)，中子簡(jiǎn)并壓力能夠支持質(zhì)量超過(guò)錢(qián)德拉塞卡極限的恒星，預(yù)言了中子星的存在。為尋找超新星爆炸的解釋?zhuān)麄兲嶙h中子星是超新星爆炸后的產(chǎn)物。超新星是突然出現(xiàn)在天空中的垂死恒星，在出現(xiàn)后的幾天或整個(gè)星期內(nèi)，在可見(jiàn)光的亮度上可以超越整個(gè)星系。巴德和茨威基正確的解釋產(chǎn)生中子星時(shí)釋放出的重力束縛能能量供給了超新星的能量：“在超新星形成的過(guò)程中大量的質(zhì)量被湮滅”。如果在中心的大質(zhì)量恒星在他崩潰之前的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的3倍，那么在中心可能形成一顆2倍太陽(yáng)質(zhì)量的中子星。被釋放出來(lái)的束縛能（E=mc2）相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量全數(shù)轉(zhuǎn)化成能量，這足以作為超新星最后的能量來(lái)源。
第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前不久，美國(guó)物理學(xué)家羅伯特·奧本海默和沃爾科夫提出了系統(tǒng)的中子星理論，認(rèn)為在質(zhì)量與太陽(yáng)相似的恒星內(nèi)部可以達(dá)到簡(jiǎn)并中子的流體靜力學(xué)平衡，但是并沒(méi)有引起天文學(xué)界的重視。
1967年，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的喬絲琳·貝爾和安東尼·休伊什發(fā)現(xiàn)了有規(guī)律的無(wú)線電脈沖，隨后被推斷來(lái)自于旋轉(zhuǎn)中的中子星，而且極大數(shù)量的中子星都屬于此類(lèi)。
1968年有人提出脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星。
1971年，里卡爾多·賈科尼等人發(fā)現(xiàn)半人馬座的X射線源半人馬座X-3具有4.8秒的周期，他們解釋這是一顆炙熱的中子星環(huán)繞者另一顆恒星的結(jié)果，能量來(lái)源是持續(xù)不斷掉落至中子星表面的氣體釋放出的引力勢(shì)能。這是第一顆證認(rèn)的X射線雙星。
在1974年，安東尼·休伊什因?yàn)樵诿}沖星的發(fā)現(xiàn)上所扮演的角色而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但是共同的發(fā)現(xiàn)者SamuelOkoye和喬絲琳·貝爾并未一同獲獎(jiǎng)。
2007年天文學(xué)家借助歐洲航空局(ESA)的珈馬射線天文望遠(yuǎn)鏡(Integral)，發(fā)現(xiàn)了迄今旋轉(zhuǎn)速度最快的中子星。這顆中子星編號(hào)為XTEJ1739-285，每秒鐘可沿自己的軸線旋轉(zhuǎn)1122圈。按照地球的概念轉(zhuǎn)一圈一天的話，在這個(gè)中子星上一秒鐘可以經(jīng)過(guò)3年多。這個(gè)發(fā)現(xiàn)推翻了原來(lái)認(rèn)為的每秒700圈的星體轉(zhuǎn)速極限。
這顆中子星的直徑約10公里,但質(zhì)量卻與太陽(yáng)相近,其密度驚人,高達(dá)每立方厘米1億噸。其巨大的引力從臨近的恒星上不斷奪取大量炙熱氣體,并不斷誘發(fā)熱核爆炸。
這顆名為PSRJ1614-223的中子星的大小與一個(gè)小城市差不多，相對(duì)而言并不算是一個(gè)大的星球，但其密度卻是驚人的高，它上面很少量一點(diǎn)物質(zhì)的質(zhì)量就高達(dá)5億噸！
2022年9月24日，據(jù)環(huán)球Tech消息，LAMOST黑洞獵手計(jì)劃研究團(tuán)隊(duì)利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球大約1037光年、處于雙星系統(tǒng)中的寧?kù)o態(tài)中子星。
中子星的前身
中子星的前身一般是一顆質(zhì)量為10-29倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星。它在爆發(fā)坍縮過(guò)程中產(chǎn)生的巨大壓力，使它的物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大的變化。在這種情況下，不僅原子的外殼被壓破了，而且連原子核也被壓破了。原子核中的質(zhì)子和中子便被擠出來(lái)，質(zhì)子和電子擠到一起又結(jié)合成中子。最后，所有的中子擠在一起，形成了中子星。顯然，中子星的密度，即使是由原子核所組成的白矮星也無(wú)法和它相比。在中子星上，每立方厘米物質(zhì)足足有一億噸重甚至達(dá)到十億噸。
當(dāng)發(fā)射電波的那部分對(duì)著地球時(shí)，我們就收到電波；當(dāng)這部分隨著星體的轉(zhuǎn)動(dòng)而偏轉(zhuǎn)時(shí)，我們就收不到電波。所以，我們收到的電波是間歇的。這種現(xiàn)象又稱(chēng)為“燈塔效應(yīng)”。
演化狀態(tài)
中子星并不是恒星的最終狀態(tài)，它還要進(jìn)一步演化。由于它溫度很高，能量消耗也很快，因此，它通過(guò)減慢自轉(zhuǎn)以消耗角動(dòng)量維持光度。當(dāng)它的角動(dòng)量消耗完以后，中子星將變成不發(fā)光的黑矮星。
中子星的性質(zhì)
作為一顆中子星，中子星具有許多非常獨(dú)特的性質(zhì)，這些性質(zhì)使我們大開(kāi)眼界。因?yàn)椋鼈兌际窃诘厍驅(qū)嶒?yàn)室中永遠(yuǎn)也無(wú)法達(dá)到的，從而使我們更加深入地認(rèn)識(shí)到恒星的一些本質(zhì)。概括起來(lái)說(shuō)，這些性質(zhì)是：
大小
一個(gè)典型中子星的半徑只有10千米左右。中子星外部是一個(gè)固態(tài)的鐵的外殼，大約厚1千米，密度在10^11~10^14克/立方厘米之間；內(nèi)部幾乎完全是中子組成的流體，密度為10^14~10^15克/立方厘米。
密度
密度很大。密度一般用1立方厘米有多少克來(lái)表示，水的密度是每立方厘米重1克，鐵是7.9克，汞是13.6克。如果我們從脈沖星上面取下1立方厘米物質(zhì)，稱(chēng)一下，它可重1億噸以上、甚至達(dá)到10億噸。假定我們地球的密度也達(dá)到這種聞所未聞的驚人程度的話，那它的平均半徑就不是6371公里，而只有22米！
溫度
溫度極高。據(jù)估計(jì)，新生的中子星中心溫度約為到開(kāi)爾文。我們以太陽(yáng)來(lái)作比較，就可以有個(gè)稍具體的概念：太陽(yáng)表面溫度6000℃不到，越往里溫度越高，中心溫度約1500萬(wàn)度。
中子星形成的初期，它的冷卻是經(jīng)過(guò)所謂的烏卡（URCA)過(guò)程，內(nèi)部的溫度降到1億K時(shí)，烏卡過(guò)程就停止了，其它的中微子過(guò)程繼續(xù)主導(dǎo)冷卻。1000年后冷卻由光輻射主導(dǎo)。此后大約1萬(wàn)年的時(shí)間里，表面溫度一直維持在K左右。
磁場(chǎng)
特別強(qiáng)的磁場(chǎng)。在地球上，地球磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，但也只有0．7Gs（高斯是磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位,1Gs=T）。太陽(yáng)黑子的磁場(chǎng)更是強(qiáng)得不得了，約1000～4000Gs。而大多數(shù)脈沖星表面極區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度就高達(dá)10000億Gs，甚至20萬(wàn)億Gs。
脈沖星都是我們銀河系內(nèi)的天體，距離一般都是幾千光年，最遠(yuǎn)的達(dá)55000光年左右。根據(jù)一些學(xué)者的估計(jì)，銀河系內(nèi)中子星的總數(shù)至少應(yīng)該在20萬(wàn)顆以上，到80年代末，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的還不到估計(jì)數(shù)的千分之五。今后的觀測(cè)、研究任務(wù)還很艱巨。
中子星從發(fā)現(xiàn)至今，只有短短二三十年的時(shí)間，盡管如此，不論在推動(dòng)天體演化的研究方面，在促進(jìn)物質(zhì)在極端條件下的物理過(guò)程和變化規(guī)律的研究方面，它已經(jīng)為科學(xué)家們提供了非常豐富而不可多得的觀測(cè)資料，作出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，它也在這個(gè)新開(kāi)拓的領(lǐng)域內(nèi)，向人們提出了一連串的問(wèn)題和難解的謎。
能量輻射
中子星的能量輻射是太陽(yáng)的100萬(wàn)倍。按照世界上的用電情況。它在一秒鐘內(nèi)輻射的總能量若全部轉(zhuǎn)化為電能，就夠我們地球用上幾十億年。
結(jié)構(gòu)
研究?jī)r(jià)值
引力波研究
北京時(shí)間2017年10月16日22點(diǎn)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和室女座引力波天文臺(tái)（Virgo）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國(guó)際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)了該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。
重金屬元素的來(lái)源
長(zhǎng)期以來(lái)普遍認(rèn)為普通的元素如氧和碳，是在將近死亡的恒星爆炸變成新星時(shí)生成的，但是研究學(xué)者們感到困惑的是，數(shù)據(jù)顯示這些恒星爆炸不能產(chǎn)生像在地球上這樣大量存在的重金屬元素。來(lái)自英國(guó)萊瑟斯特大學(xué)和瑞士巴塞爾大學(xué)的這些科學(xué)家們相信，答案存在于稀有的中子星對(duì)上。
中子星是生成新型的大恒星的超高密度的內(nèi)核，它們所包含的物質(zhì)有我們的太陽(yáng)那么多，但只有大約一座城市那么大。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)兩顆中子星互相繞對(duì)方沿軌道旋轉(zhuǎn)，這是雙星系的遺留物，在我們的銀河系中已知有4對(duì)?？茖W(xué)家們使用了在英國(guó)倫敦以北100英里的萊瑟斯特天體物理流體設(shè)備的超級(jí)計(jì)算機(jī)做模擬，如果使它們慢慢旋轉(zhuǎn)著靠近發(fā)生爆炸，這樣巨大的引力會(huì)造成什么結(jié)果。
進(jìn)行一次這樣的計(jì)算要耗費(fèi)超級(jí)計(jì)算機(jī)幾個(gè)星期的時(shí)間，而這只是在兩個(gè)星球的一生中最后幾個(gè)毫秒中發(fā)生的事情。結(jié)果顯示，當(dāng)中子星靠近時(shí)，巨大的力量將它們劈開(kāi)，釋放出足夠的能量，可以將整個(gè)宇宙照亮幾個(gè)毫秒。這個(gè)碰撞更可能是產(chǎn)生一個(gè)黑洞——空間中吞沒(méi)光的裂口——并在發(fā)生核反應(yīng)時(shí)噴射出灰，把質(zhì)子射入輕元素的原子核而生成重元素。噴發(fā)出的物質(zhì)和恒星間的氣體和灰塵相混合、碰撞，構(gòu)成了新的一代星體，慢慢使重金屬散布在銀河系中。
在宇宙中出現(xiàn)這種罕見(jiàn)的現(xiàn)象的幾率大約是一百億年以上，這和我們?cè)谝延形迨畠|年壽命的太陽(yáng)系中對(duì)元素光譜所做的分析結(jié)果相符，為這種理論提供了有力的證據(jù)。令人驚奇的是所做的模型產(chǎn)生出的元素的數(shù)量和宇宙非常非常接近，它部分回答了我們的世界從何而來(lái)這個(gè)問(wèn)題。
中子星性質(zhì)
中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所原子核質(zhì)量測(cè)量團(tuán)隊(duì)與合作者基于蘭州重離子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán)，利用國(guó)際首創(chuàng)的新型質(zhì)譜術(shù)，精確測(cè)量了一批關(guān)鍵原子核的質(zhì)量，研究了中子星表面的X射線暴，從新的角度約束了中子星的性質(zhì)。相關(guān)結(jié)果于北京5月1日發(fā)表在《自然—物理》(Nature Physics) 上。
天文信息
天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了迄今轉(zhuǎn)速最快的中子星，每秒旋轉(zhuǎn)1122圈，比地球自轉(zhuǎn)快1億倍。最先觀測(cè)到這顆星的西班牙天文學(xué)家?guī)炜死照f(shuō)，早在1999年便已發(fā)現(xiàn)了這顆代號(hào)為J1739-285的中子星，但不久前才通過(guò)望遠(yuǎn)鏡算出它的轉(zhuǎn)速。這顆中子星的直徑約10千米。
天文學(xué)家正是通過(guò)這種現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了它。此前的中子星自轉(zhuǎn)紀(jì)錄是每秒716圈，恒星轉(zhuǎn)速一般在每秒270-715圈。700圈曾被認(rèn)為是天體旋轉(zhuǎn)極限，按當(dāng)今的物理學(xué)理論，轉(zhuǎn)速超過(guò)此極限，恒星將被強(qiáng)大向心力摧毀或化為黑洞。但最新發(fā)現(xiàn)否定了這一看法。理論上，每秒1122轉(zhuǎn)并不是旋轉(zhuǎn)極限，大型中子星轉(zhuǎn)速有可能高達(dá)3000轉(zhuǎn)。令天文學(xué)家困惑的是，為什么天體在高速旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)大離心力下，卻依舊會(huì)不斷收縮，而且不損失自身物質(zhì)。
發(fā)現(xiàn)脈沖星
1967年10月，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的安東尼·休伊什教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾檢測(cè)射電望遠(yuǎn)鏡收到的信號(hào)時(shí)無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號(hào)，它們的周期十分穩(wěn)定，為1.337秒。起初她以為這是外星人“小綠人（LGM）”發(fā)來(lái)的信號(hào)，但在接下來(lái)不到半年的時(shí)間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)這樣的脈沖信號(hào)。后來(lái)人們確認(rèn)這是一類(lèi)新的天體，并把它命名為脈沖星(Pulsar，又稱(chēng)波霎)。脈沖星與類(lèi)星體、宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子一道，并稱(chēng)為20世紀(jì)60年代天文學(xué)“四大發(fā)現(xiàn)”。
然而，榮譽(yù)出現(xiàn)了歸屬爭(zhēng)議。1974年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)桂冠只戴在導(dǎo)師休伊什的頭上，完全忽略了學(xué)生貝爾的貢獻(xiàn)，輿論一片嘩然。英國(guó)著名天文學(xué)家霍伊爾爵士在倫敦《泰晤士報(bào)》發(fā)表談話，他認(rèn)為，貝爾應(yīng)同休伊什共享諾貝爾獎(jiǎng)，并對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)授獎(jiǎng)前的調(diào)查工作欠周密提出了批評(píng)，甚至認(rèn)為此事件是諾貝爾獎(jiǎng)歷史上一樁丑聞、性別歧視案。霍伊爾還認(rèn)為，貝爾的發(fā)現(xiàn)是非常重要的，但她的導(dǎo)師竟把這一發(fā)現(xiàn)扣壓半年，從客觀上講就是一種盜竊。更有學(xué)者指出，“貝爾小姐作出的卓越發(fā)現(xiàn)，讓她的導(dǎo)師休伊什贏得了諾貝爾物理獎(jiǎng)”。著名天文學(xué)家曼徹斯特和泰勒所著《脈沖星》一書(shū)的扉頁(yè)上寫(xiě)道：“獻(xiàn)給喬瑟琳·貝爾，沒(méi)有她的聰明和執(zhí)著，我們不能獲得脈沖星的喜悅?！标P(guān)于脈沖星真正發(fā)現(xiàn)者的爭(zhēng)論和對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的質(zhì)疑，已經(jīng)歷了40年。40年后的今天，它再次成為關(guān)注話題。回首往事，作為導(dǎo)師的休伊什獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，無(wú)可厚非，但貝爾失去殊榮，卻令人感到惋惜。如果沒(méi)有貝爾對(duì)“干擾”信號(hào)一絲不茍的追究，他們可能錯(cuò)過(guò)脈沖星的發(fā)現(xiàn)。若把諾貝爾獎(jiǎng)“競(jìng)賽”比作科學(xué)“奧運(yùn)會(huì)”，那么，40年前的“裁判”們顯然吹了“黑哨”，至少是誤判，這玷污了諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)公正權(quán)威性。
貝爾訪問(wèn)北京期間，筆者與她談起脈沖星的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷和對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)的看法。1993年，兩位美國(guó)天文學(xué)家因發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)格外精心，邀請(qǐng)貝爾參加了頒獎(jiǎng)儀式，算是一種補(bǔ)償吧。1968年，離開(kāi)劍橋后，她和休伊什沒(méi)有再合作，直到上世紀(jì)80年代，他們才在一次國(guó)際會(huì)議上相見(jiàn)，并握手言和。脈沖星發(fā)現(xiàn)以來(lái)，除了諾貝爾獎(jiǎng)，她榮獲了十幾項(xiàng)世界級(jí)科學(xué)獎(jiǎng)，并成為科學(xué)大使。
與脈沖星區(qū)別
所有的脈沖星都是高速自轉(zhuǎn)的中子星，也就是說(shuō)脈沖星是中子星的一種，但中子星不全是脈沖星，我們要收到脈沖信號(hào)才算。中子星具有強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)的帶電粒子發(fā)出同步輻射，形成與中子星一起轉(zhuǎn)動(dòng)的射電波束。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當(dāng)射電波束掃過(guò)地球時(shí)，就接收到一個(gè)脈沖。這時(shí)這顆中子星也叫脈沖星。脈沖星是本世紀(jì)60年代四大天文發(fā)現(xiàn)之一(其他三個(gè)是：類(lèi)星體、星際有機(jī)分子、宇宙3K微波輻射)。因?yàn)樗煌５匕l(fā)出無(wú)線電脈沖，而且兩個(gè)脈沖之間的間隔(脈沖周期)十分穩(wěn)定，準(zhǔn)確度可以與原子鐘媲美。各種脈沖星的周期不同，長(zhǎng)的可達(dá)4.3秒，短的只有0.3秒，甚至毫秒級(jí)。
中子星一邊自轉(zhuǎn)一邊發(fā)射像電子束一樣的電脈沖。該電脈沖像燈塔發(fā)出的光一樣，以一定的時(shí)間隔掠過(guò)地球。當(dāng)它正好掠過(guò)地球時(shí)，我們就可以測(cè)定它的有關(guān)數(shù)值。
脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，但并不是所有的中子星都是脈沖星。因?yàn)楫?dāng)中子星的輻射束不掃過(guò)地球時(shí)，我們就接收不到脈沖信號(hào)，此時(shí)中子星就不表現(xiàn)為脈沖星了。
中子星和黑洞
中子星和黑洞是宇宙中密度和引力最強(qiáng)大的兩類(lèi)頗具神秘感的天體。光是中子星就已經(jīng)夠不可思議了，偏偏還要添上黑洞。它是宇宙中的死亡陷阱和無(wú)底深淵，沒(méi)有物質(zhì)能擺脫它的強(qiáng)大引力，包括光線。在它附近，今天的所有物理定律都顯得不適用了。
恒星末期
我們知道，當(dāng)恒星走完其漫長(zhǎng)的一生后，小質(zhì)量和中等質(zhì)量的恒星將成為一顆白矮星，大質(zhì)量和超大質(zhì)量的恒星則會(huì)導(dǎo)致一次超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)后恒星如何演變將取決于剩下星核的質(zhì)量。印度天體物理學(xué)家昌德拉塞卡于上世紀(jì)三十年代末發(fā)現(xiàn)，當(dāng)留下的星核質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的一點(diǎn)四倍時(shí)，其引力將大到足以把星核內(nèi)的原子壓縮到使電子和質(zhì)子結(jié)合成中子的程度。此時(shí)這顆星核就成了一顆中子星，其密度相當(dāng)于把一個(gè)半太陽(yáng)的質(zhì)量塞進(jìn)直徑約二十四公里的一個(gè)核內(nèi)。
以?xún)砂俦?/span>音速高速運(yùn)動(dòng)著的中子星，距地球約兩百光年。三十萬(wàn)年后將對(duì)地球產(chǎn)生輕微影響。(HST)
人馬座A(NGC5128)星系中心的塵埃盤(pán)，其中有一個(gè)巨大的超級(jí)黑洞。(HST)
中子星面積
中子星的面積為約30---300平方千米，地球5.1億平方千米，地球面積是中子星的約170-1700萬(wàn)倍。
中子星形成
中子星的前身一般是一顆質(zhì)量比太陽(yáng)大的恒星。每立方厘米物質(zhì)足足有10億噸重。當(dāng)恒星收縮為中子星后，自轉(zhuǎn)就會(huì)加快，能達(dá)到每秒幾圈到幾十圈。同時(shí)，收縮使中子星成為一塊極強(qiáng)的“磁鐵”，這塊“磁鐵”在它的某一部分向外發(fā)射出電波。當(dāng)它快速自轉(zhuǎn)時(shí)，就像燈塔上的探照燈那樣，有規(guī)律地不斷向地球掃射電波。
可測(cè)的中子星
X-射線爆發(fā)
中子星與低質(zhì)量恒星共同組成的聯(lián)星，在質(zhì)量吸積的過(guò)程中會(huì)造成中子星表面不規(guī)則的能量爆發(fā)。
脈沖星簡(jiǎn)介
史瓦西半徑
超新星爆發(fā)后，如果星核的質(zhì)量超過(guò)了太陽(yáng)質(zhì)量的兩至三倍，那它將繼續(xù)坍縮，最后成為一個(gè)體積無(wú)限小而密度無(wú)窮大的奇點(diǎn)，從人們的視線中消失。圍繞著這個(gè)奇點(diǎn)的是一個(gè)“無(wú)法返回”的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的邊界稱(chēng)為“視野”或“事件地平”，區(qū)域的半徑叫做“史瓦西半徑”。任何進(jìn)入這個(gè)區(qū)域的物質(zhì)，包括光線，都無(wú)法擺脫這個(gè)奇點(diǎn)的巨大引力而逃逸，它們就像掉進(jìn)了一個(gè)無(wú)底深淵，永遠(yuǎn)不可能返回。
磁星簡(jiǎn)介
還有另外一種中子星，稱(chēng)作磁星。磁星具有大約1011特斯拉的磁場(chǎng)，大約是普通中子星的1000倍。這足以在月球軌道的一半距離上擦除地球上的一張信用卡。作為對(duì)比，地球的自然磁場(chǎng)是大約6×10－5特斯拉；一小塊釹磁鐵的磁場(chǎng)大約是1特斯拉；多數(shù)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的磁介質(zhì)可以被10-3特斯拉的磁場(chǎng)擦除。
磁星有時(shí)會(huì)產(chǎn)生X射線脈沖。大約每10年，銀河系中就會(huì)有某一顆磁星爆發(fā)出很強(qiáng)的伽馬射線。磁星有比較長(zhǎng)的自轉(zhuǎn)周期，一般為5到12秒，因?yàn)樗鼈兊膹?qiáng)磁場(chǎng)會(huì)使得自轉(zhuǎn)速度減慢。
與黑洞相遇
在兩者相距200~300億公里時(shí)，中子星表層物質(zhì)發(fā)生不穩(wěn)定，磁場(chǎng)有明顯的異常波動(dòng)。當(dāng)兩者相距達(dá)到100億公里時(shí)，中子星的外物質(zhì)便會(huì)飛逸而出，并在黑洞周邊高速環(huán)繞，之后中子星便向黑洞“奇點(diǎn)”做螺旋形下墜運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)?0億公里時(shí)，黑洞和中子星的磁場(chǎng)劇烈碰撞，并放出大量電子和光，之后中子星的能量便會(huì)慢慢消耗，而后被黑洞吞沒(méi)，其時(shí)間依據(jù)中子星的體積而論，但一般不會(huì)超過(guò)6個(gè)小時(shí)。
中子星結(jié)構(gòu)
中子星外殼
結(jié)構(gòu)圖
巨大核心
中子星
β衰變成電子、質(zhì)子、中微子-內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型圖
中子星特征
中子星質(zhì)量
中子星半徑
中子星半徑的典型值約為10公里。
中子星密度
中子星磁場(chǎng)
中子星另一個(gè)重要特征是存在強(qiáng)度極高的磁場(chǎng)，超過(guò)10的12次方高斯，它使表層的鐵聚合成長(zhǎng)長(zhǎng)的鐵原子鏈：每個(gè)原子都被壓縮并沿磁場(chǎng)被拉長(zhǎng)，而且首尾相接，形成從表面向外伸出的“須狀物”。在表面以下，由于壓力太高，單個(gè)原子不能存在。它使中子星沿著磁極方向發(fā)射束狀無(wú)線電波（射電波）。中子星自轉(zhuǎn)非?？?，能達(dá)到每秒幾百轉(zhuǎn)。中子星的磁極與兩極通常不吻合，所以如果中子星的磁極恰好朝向地球，那么隨著自轉(zhuǎn)，中子星發(fā)出的射電波束就會(huì)象一座旋轉(zhuǎn)的燈塔那樣一次次掃過(guò)地球，形成射電脈沖。人們又稱(chēng)這樣的天體為“脈沖星”。1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星，首次證明了中子星的存在。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)1620多顆脈沖星，普遍認(rèn)為它們就是旋轉(zhuǎn)的中子星。蟹狀星云脈沖星和船帆座脈沖星的脈沖周期極短，說(shuō)明它們不可能是白矮星。據(jù)認(rèn)為，脈沖星是由于它們的旋轉(zhuǎn)和強(qiáng)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的一種電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，就像發(fā)電機(jī)的情況一樣。另有證據(jù)表明，某些雙星X射線源也包含著中子星，它們似乎是由于壓縮從伴星吸積到它們表面上的物質(zhì)而發(fā)出X射線的。中子星據(jù)信是超新星爆發(fā)形成的，在該過(guò)程中，隨著核心密度增至10趵15次方/立方厘米，中子壓力便會(huì)頂住中心核的坍縮。若坍縮中心核的質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的2倍，則不能形成中子星而可能變成黑洞。
反常中子星
爆發(fā)時(shí)的變化
中子星
在重力的吸引下，中子星上面會(huì)形成一個(gè)10至100米厚的堆積層。堆積層主要由氦構(gòu)成，在溫度及壓力的作用下，這些堆積層會(huì)發(fā)生核聚變。當(dāng)氦聚變為碳或其它重物質(zhì)時(shí)，會(huì)釋放出大量能量及強(qiáng)烈的X射線。在中子星上這種爆發(fā)通常每天都會(huì)發(fā)生幾次，每次會(huì)持續(xù)幾秒。但此次觀測(cè)到的是4U1820－30的一次超級(jí)爆發(fā)，它釋放出比正常爆發(fā)多幾千倍的能量?？茖W(xué)家認(rèn)為在氦聚變時(shí)會(huì)積累下以碳為主的核灰塵，而超級(jí)爆發(fā)是由核灰塵引起的，炭灰塵積累幾年后才會(huì)引起聚變。
中子星超級(jí)爆發(fā)時(shí)，就像閃光燈在表面閃亮，照到它的吸積盤(pán)的內(nèi)部地區(qū)。中子星爆發(fā)發(fā)出的X射線照射到吸積盤(pán)中的鐵原子，發(fā)出X射線熒光。羅希X射線時(shí)變探測(cè)器每隔幾秒鐘就可以觀測(cè)一次鐵原子X(jué)射線熒光的光譜，由此可確定鐵原子的溫度、速率及在中子星周?chē)奈恢?，通過(guò)把這些信息累加起來(lái)，就可以知道中子星爆發(fā)時(shí)吸積盤(pán)的變化情況。
由于4U1820－30的這次罕有的爆發(fā)釋放了巨大的能量，在3小時(shí)內(nèi)釋放的能量超過(guò)太陽(yáng)在100年中釋放的能量，照亮了它的吸積盤(pán)的最內(nèi)部的區(qū)域，使科學(xué)家們能觀察以前見(jiàn)不到的細(xì)節(jié)。他們?cè)诖蠹s1000秒的時(shí)間內(nèi)，看到了距中子星表面約10英里的氣體圍繞中子星流動(dòng)及回復(fù)到原有狀態(tài)的細(xì)節(jié)。
碰撞爆炸產(chǎn)物
美國(guó)哈佛－史密森天體物理學(xué)中心研究人員說(shuō)，2013年6月，他們借助美國(guó)航天局SWIFT衛(wèi)星，觀測(cè)到一次伽馬射線暴。這一代號(hào)為GRB 130603B的伽馬射線暴距地球約39億光年，持續(xù)時(shí)間不到0.2秒，但其紅外線余暉卻持續(xù)數(shù)天時(shí)間。
研究人員解釋說(shuō)，中子星碰撞后會(huì)噴射出富含中子的物質(zhì)，這些物質(zhì)產(chǎn)生的放射性元素在衰變時(shí)就會(huì)發(fā)出這種紅外線余暉。結(jié)合宇宙大爆炸以來(lái)可能發(fā)生的中子星碰撞爆炸數(shù)量以及一次伽馬射線暴可能產(chǎn)生的金子數(shù)量，研究人員發(fā)現(xiàn)，宇宙中的金子可能全部來(lái)自這種伽馬射線暴。
2021年，根據(jù)《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》6月29日刊登的一篇論文，來(lái)自美國(guó)、日本和歐洲的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次明確證實(shí)了黑洞和中子星的碰撞。
參考資料
[1]
知識(shí)人 中子星 2007-04-22[引用日期2009-12-20]
[2]
人類(lèi)首次證實(shí)黑洞與中子星碰撞 · 西瓜[引用日期2021-06-30]
[3]
我國(guó)天文學(xué)家利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一顆寧?kù)o態(tài)中子星 · 今日頭條-環(huán)球Tech[引用日期2022-09-25]
[4]
國(guó)際最新研究發(fā)現(xiàn)一顆“輕盈”中子星 或?yàn)椤捌娈愋恰?/span> · 今日頭條[引用日期2022-10-26]
[5]
宇宙級(jí)別的完美爆炸 距地球1億多光年千新星球形爆炸 · 中新網(wǎng)[引用日期2023-02-16]
展開(kāi)
相關(guān)合集
恒星殘骸
共11個(gè)詞條3188閱讀
白矮星
低光度、高密度、高溫度的恒星
黑矮星
中小質(zhì)量恒星演化的最后期
中子星
除黑洞外密度最大的星體
查看更多
相關(guān)視頻
全部
2.1萬(wàn)次播放01:22
什么是中子星？為什么中子星那么重，引力讓光線都是呈拋物線掙脫
簡(jiǎn)介
32萬(wàn)次播放04:27
中子星——僅次于黑洞的密度最大星體
中子星簡(jiǎn)介
3798次播放02:51
中子星的生命周期（漫畫(huà)版）
中子星起源
129萬(wàn)次播放03:31
非常強(qiáng)大的脈沖星，它是中子星的一種，更是宇宙中的“輻射之王”
發(fā)現(xiàn)脈沖星
查看更多
中子星相關(guān)的文章
《神雕俠侶》是作家金庸創(chuàng)作的長(zhǎng)篇武俠小說(shuō)，是金庸“射雕三部曲”系列的第二部（第一部為《射雕英雄傳》，第三部為《倚天屠龍記》）。小說(shuō)于1959年5月20日在香港《明報(bào)》連載，1961年完結(jié)。小說(shuō)有“明報(bào)版”“修訂版”兩個(gè)版本，其中“修訂版”包括1976年的修訂本（后由三聯(lián)出版社出版），和2003年的新
小山內(nèi)奈奈是《名偵探柯南》電影《第十四個(gè)目標(biāo)》中的人物。（第十四個(gè)目標(biāo)講述了一個(gè)因交通意外而失去味覺(jué)的調(diào)酒師所展開(kāi)的瘋狂報(bào)復(fù)的故事，此劇秉承了《柯南》系列一貫的作風(fēng)：完美主義變態(tài)的犯罪策劃者，驚險(xiǎn)的爆破場(chǎng)面，以及接連發(fā)生的兇殺案。唯一的例外是加入了小蘭的父親毛利小五郎和前妻妃英里的感情糾葛戲。華麗的
科威特戰(zhàn)爭(zhēng)于1990年8月爆發(fā)，是伊拉克對(duì)科威特發(fā)動(dòng)侵略戰(zhàn)爭(zhēng)，其意圖將科威特變?yōu)橐晾说牡谑艂€(gè)省。五個(gè)月后，美國(guó)發(fā)動(dòng)對(duì)伊拉克的戰(zhàn)爭(zhēng)，伊拉克不但被迫放棄了科威特，本國(guó)各項(xiàng)發(fā)展也遭到巨大破壞。
海棗（學(xué)名：Phoenix dactylifera L.），棕櫚科（Arecaceae）海棗屬（Phoenix）植物，俗名棗椰子、仙棗、椰棗、伊拉克蜜棗等。海棗原產(chǎn)于西亞和北非地區(qū)，尤以伊拉克栽培面積為廣。中國(guó)福建、廣西、廣東、云南等省區(qū)有引種栽培。海棗喜光，耐寒。對(duì)土壤條件要求不嚴(yán)，在貧瘠的鹽堿地
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
