【宇宙科普】中子星有多恐怖?每立方公分重達1億噸,最高峰只有1毫米高

薛定諤的貓 2021/08/03 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

地球最高峰,是海拔8848.86米的珠穆朗瑪峰,太陽系最高峰,是火星上21000米高的奧林匹斯山。

但在中子星上, 山峰的高度最多只能到一毫米,再高的話就會被自身質量壓垮,因為中子星的引力在宇宙中僅次於黑洞。

和地球這樣直接由岩石和金屬組成的星球不同,中子星,以及它的小弟白矮星,並不是直接在宇宙中誕生的,嚴格意義上來說,它們其實是恒星的殘骸。

舉例來說

太陽這類中等質量恒星,往往只有100億年壽命,在生命的最後時刻它會經歷一次爆炸,外殼會崩潰擴散成一團行星狀星雲,而內核則會因為過去數百億年間的重元素累計, 變成一顆每立方米質量高達1000萬噸的白矮星。

但在宇宙中,白矮星還只是密度第三大的天體,排在它前面的是中子星,是由1.4倍太陽質量以上的恒星,在晚年經歷超新星爆發後坍塌而成的。

和白矮星由原子核與原子核緊密排列組合不同,中子星的引力已經強大到能壓碎原子核的程度了,因此在中子星上所有物質都經歷過一次破碎,而後才重組成了中子。

理論上來說,由於中子還能細分成誇克,所以宇宙中應該還存在質量比中子星更大,體積比中子星更小的誇剋星。

但考慮到中子星直徑才幾十公里,誇剋星的直徑恐怕只有幾千米甚至幾百米了,天文學家想在茫茫宇宙中尋找一顆直徑只有幾百米的天體,還是非常困難的。

回到中子星上來

一顆典型的中子星直徑只有10公里,但質量卻相當於1顆太陽,或者33萬顆地球,《三體》中摧毀人類艦隊的「水滴」表面絕對光滑,硬度高到讓太陽系所有物質和它對撞都是以卵擊石,因此它一開始曾被認為是由中子星物質構成的。

在現實宇宙裡,中子星表面雖然也很光滑,但並不是「絕對光滑」,天體物理學家認為中子星表面也有「山巒起伏」,只不過受限於超強的引力, 中子星上的山最高只能有一毫米,再高的話就會被自身的質量壓垮。

但地球上的山的地質運動的結果, 中子星上的山又是怎麼誕生的呢?

對於一個直徑十公里,質量接近太陽,自轉速度達到2000轉/秒的中子星來說,它的赤道線速度幾乎達到了光速的一半,也就是每秒15萬公里。

正是這種達到准相對論速度的自轉水準, 讓中子排列而成的中子星表面,被離心力甩出了畸變,產生了微小起伏的毫米級山脈。

除了因高速自轉而產生的山脈外,中子星還在憑藉著其巨大的質量釋放引力波信號,人類目前為止探測到的引力波,基本上都是由中子星和黑洞引起的。

在愛因斯坦的廣義相對論中,引力波是最後一種被人類探測到的宇宙現象,因為宇宙時空雖然能被大質量天體扭曲,但想要產生能被人類探測到的引力波信號,就必須有兩顆大質量天體互相繞彼此近距離公轉才行,只有這樣時空結構才能被劇烈擾動,以光速發出足以傳播到整個宇宙的引力波信號。

從未來宇宙航行的角度來看,遍佈宇宙各個角落,且壽命近乎無限的中子星們,完全能成為宇宙航行的信標,因為它們發射的週期性電脈衝信號也很顯眼,上個世紀剛被發現時,都被認為是外星文明的信號,後來才意識到是中子星引起的。

受到脈衝星週期性的啟發,旅行者系列探測器上的鍍金圓盤唱片, 就標記出了地球相對于周圍若干顆脈衝星的相對位置,因此期望未來外星文明捕獲這兩架探測器後,能根據脈衝星定位找到地球的位置。

不過直到今天,旅行者一號和二號探測器也沒飛出太陽系,至少還要再飛3萬年,它們才能進入真正意義上的宇宙空間。

 

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