宇宙中有一道「菜」,甭管再好的牙口也别想咬动,这道菜叫做「核意面」。
核意面有多硬?它可是 钢的100亿倍硬 ,做这道菜的「厨子」来自于中子星。
宇宙中也有「意大利面」
那么,中子星是怎么来的,它为何会如此坚硬呢?
想要了解这道硬菜,我们还要从一场爆炸讲起。
宇宙中存在最硬的物质
中子星的来历
恒星是宇宙中常见的天体,那么中子星是什么天体呢?
中子星的诞生,还要从 大质量恒星的死亡开始说起 。
恒星不会永远发光,它们也是有寿命极限的,就像 人类的寿命因个体而异 ,恒星的寿命也会因为其质量不同出现差别。
比如我们的 太阳属于G型恒星 ,俗称 黄矮星 ,寿命在100亿年左右。
太阳的寿命在大约100亿年
但是质量比太阳小一半左右的 M型或者K型恒星 ,俗称红矮星,寿命却可以达到 200到500亿年不等 。
恒星的状态可以分为 出生、成长、稳定、衰老、死亡 ,稳定时期时间最长,因此又被称作主序星,我们的太阳就是在稳定的主序星时期。
当恒星的寿命来到衰老时期, 恒星会膨胀,变成红巨星 ,质量更大的被称为 红超巨星 。
膨胀进行到极限后,恒星就会迎来最终的死亡。每一个恒星都有自己的死亡方式,因质量而异。
太阳的一生
质量小于8个太阳的恒星,结束自己的方式比较温和,是 以坍塌的形式表现出来 ,曾经炙热的火球,最后只剩下冰冷的内核,成为一颗泛着冷白光的墓碑—— 白矮星 。
质量比8个太阳大的恒星,了解自我的方式非常壮烈,它们会 以一场爆炸结束自己 ,这场爆炸叫做 超新星爆炸 。
超新星爆炸,让恒星的外部物质再次回归星云,为下一颗新的恒星诞生做准备。
而 大质量恒星的内核 ,要么成为 黑洞 ,要么成为 中子星 。
中子星
一般来说,质量越大成为黑洞的概率也就更大,所以中子星和黑洞最大的区别在于, 谁的前身质量更大 。
这也让中子星成为了 密度仅次于黑洞的存在 。
光在从中子星旁边穿过的时候会出现弯曲,原因就在于 中子星的引力会改变光直线传播的路径 。
中子星的质量没有黑洞大,引力还没有大到可以将光吞噬的程度。
它的密度在宇宙中能排在第二位,每立方厘米的质量为 1000亿到100万亿克 ,并且越往内核走硬度越大。
中子星的内核全部由中子组成,密度为 1000万亿克/立方厘米 。为什么中子星的密度会这么大呢?
中子星的密度仅次于黑洞
中子星的硬度
中子星的体积非常小,它的 直径在10到20公里 ,这简直就是一颗 浓缩的「小钢炮」 。
想象一下,中子星和地球相撞,地球的密度远小于中子星,如何承受得住?
这就不得不提到中子星的主要组成部分,一种神秘的粒子—— 中子 。
中子是构成元素多样性的关键,这么说吧, 如果没有中子,人类可以利用的原子会少一半 。
中子星是一颗「小钢炮」
中子是原子的重要部分之一,它具有质量,但是却不带电, 和质子一起呆在原子核内 。
正是因为不带电,所以质子不会排斥它,甚至会 允许多个中子和自己一起呆在原子核内 。
因此, 同一种元素可以有不同的中子模式 ,这便是 同位素 。同位素的出现丰富了我们对于元素的认识,也拓展了原子技术。
比如我们使用的核裂变原理,使用的就是重原子的同位素,比如 铀-234、铀-235和铀-238 。
同位素的内部(白色为中子)
人们使用粒子相互碰撞的时候,会释放出中子,这是辐射的主要来源。
因此, 中子星是一个充满辐射的天体 。
天文学家们认为,中子星分为两部分,外壳和内核,尤其是它的内核,是整颗天体密度最大的地方,这里的中子甚至形成了「流体」。
这也让中子星的内核诞生了一道「菜」——核意面。
核意面不是真的意大利面,而是 天文学家为了更好地解释中子星的内部结构描绘的一种假设 。
现实中的意大利面
科学家们认为,中子星内核的中子,像意面团一样组合在一起。
这样的结构赋予了中子星极大的韧性,让它能够抵挡宇宙中的一切撞击。
可以毫不夸张地说,除了黑洞能够将中子星毁灭掉,一般的天文现象,如伽马射线、高能粒子束等,都无法奈何中子星。
如果还是很难想象中子星究竟有多硬,那么可以用它和地球上的一种硬物钢作比较, 中子星的硬度是钢的100亿倍 。
中子星的结构
怪不得说中子星内部的核意面是宇宙中的一道「硬菜」。
而这道硬菜,还会为自己 发射脉冲 宣传 。 中子是辐射产生的原因 ,作为中子构成的中子星,自然就是一个 巨大的辐射源 。
中子产生的辐射,以脉冲的形式向宇宙中散播, 这类会发射脉冲的中子星被称为脉冲星 。
可是,有的中子星却无法产生脉冲,这是因为不同的中子星产生的辐射能量不一样,电磁波的频率有差别, 并不是每一条电磁波都能产生脉冲 。
因此,被人类发现的中子星大部分都是脉冲星。
脉冲星发射脉冲
发现中子星
理论上来说,中子星产生的电磁波中有可见光,所以 中子星是可以被天文望远镜看到的 。
可实际上,发现中子星最多的,却是 射电望远镜 。
也就是说, 人们不是看到了中子星,而是听到了中子星 。
因为中子星发射的电磁波中 可见光只有很少的一部分 ,而宇宙中的恒星们发射的电磁波,可见光占据了大部分。
恒星的光芒会掩盖中子星,导致 天文望远镜看到的中子星并不多 。
哈勃空间望远镜
但是,脉冲星发射的脉冲对于射电望远镜来说就非常容易被发现,通过接受宇宙中的脉冲信号,就能发现脉冲星,脉冲星就是中子星的一种。
全世界发现脉冲星效率最高的,是 中国的FAST天眼望远镜 ,也是全世界口径最大的射电望远镜。
从投入使用到2022年。FAST天眼发现的脉冲星个数已经达到了 660颗以上 ,对于研究中子星有着非常重大的意义。
不过很遗憾的是,人类目前对于中子星的了解 还没有完全深入其内核 ,对于核意面的真实结构尚不清楚,核意面目前仅限于假想模型。
如果真的能够有幸发现这道「硬菜」的真身,将会 推动整个宇宙「菜单」的更新 。
发现脉冲星最多的FAST天眼
研究中子星的意义
科学家们还希望通过研究在中子星内找到四中子结构,这是法国里昂的科学家 米格尔·马克 在一次实验中偶然见到的一种结构,被称为 「零号元素」 。
人类历史上也只见过这一次,此后科学家们尝试了很多办法, 都没能得到四中子这样的结构 。
一部分科学家认为,不依靠质子就想形成原子简直是无稽之谈, 四中子或许永远不可能存在 。
但是米格尔·马克却坚信 四中子结构一定存在,只是它会颠覆人们对于原子的认知 。
四中子示意图
说不定它就在中子星里面, 核意面也许就是一种四中子 。
人类若是想要知道核意面的真实身份,只能真的「品尝」一番。
但是, 接近中子星是一个非常危险的事情 。它虽然不像黑洞那样吞噬一切,可是它巨大的引力也足以将靠近的物质撕碎。
这样巨大的引力如果能过够加以应用,那将会是一个 非常完美的引力弹弓 。
当年的旅行者1号和旅行者2号就是利用木星和土星的引力将自己的速度加到了第三宇宙速度。
利用木星做引力弹弓
如果人类利用中子星作为引力弹弓,说不定就会把速度提高到第四宇宙速度,这样,就能在未来某一天离开银河系。