中子星物質憑什麼1小勺就有幾十億噸,它真的存在嗎?

天空之城 2021/03/17 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

 

太陽質量8倍以下的恒星,在演化晚期會膨脹為紅巨星,分成外殼和內核兩個部分,外殼會漸漸消散在太空,而內核會壓縮成一個緻密的白矮星。這個白矮星的質量約在太陽的0.6~1.44倍之間,超過這個質量就維持不了現狀,就會進一步坍縮。

因此1.44倍太陽質量是白矮星的一個極限,這個理論是印度裔美籍物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡創立的,因此這個極限就叫錢德拉塞卡極限。由於白矮星、中子星、黑洞都是極端引力場天體,因此一旦形成,會對靠近自己的天體物質或者恒星形成拉扯吸附作用,它們的質量就會不斷增大。當白矮星質量到達1.44倍太陽質量界限時,其電子簡並壓就支撐不住自身引力壓力了,就會發生爆炸,然後形成一顆質量大於太陽1.44倍的中子星。

因此中子星的質量下限是太陽的1.44倍,上限現在沒有一個準確資料,要根據中子星的旋轉狀態,大約在太陽質量2.16~3.2倍之間。這個上限叫做奧本海默極限,這個理論是猶太裔美籍物理學家尤利烏斯·羅伯特·奧本海默創立的。

中子星超過奧本海默極限,就會坍縮成一個黑洞。一般認為,超過太陽質量8倍以上的恒星,消逝時會發生超新星大爆炸,核心會留下一個質量在1.44倍太陽質量以下的中子星,而30倍以上太陽質量的恒星,大爆炸以後一般核心留下的質量會超過奧本海默極限,因此會直接坍縮成一個黑洞。

是什麼力量促成了這些特殊天體形成呢?

這就得說到泡利不相容原理了。這個理論是瑞士籍奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利創立的,是微觀粒子運動的基本規律之一。這個理論認為,在費米子系統中,不能有兩個或兩個以上的粒子處於完全相同狀態,簡單地說,就是相同的粒子不能擠在一起,它們之間有一種相互排斥力,這種力就叫簡並壓。

粒子物理學已經發現我們世界存在幾百種粒子,這些粒子分為兩大類,一類是費米子,一類是玻色子。電子、中子、質子、誇克等能形成物質實體的粒子都是費米子,因此每一種費米子之間都存在著簡並壓,而且一級比一級更厲害。

在我們平常生活中,看到的所有物質都是由原子和分子組成,這些東西看起來有的柔軟虛空,有的堅硬緻密,但不管多麼堅硬緻密的物質,在高倍電子顯微鏡下,都是虛空的,空間大於實體,這是因為原子和分子間有斥力,這種力的本質是電磁作用力。

只要是依靠電磁作用力支撐引力壓力的物質,就是我們通常認知由原子分子組成的物質,而依靠簡並壓支撐引力壓力的物質已經不是正常物質了。

巨大的壓力才能夠與簡並壓抗衡。

在一定壓強下,這些物質就會被壓縮。在地球上,要取得巨大壓強是很難的,地心壓力是地球上自然壓力最高處,達到海平面大氣壓的360萬倍,但這種壓力只能把物質壓到很密實狀態,物質依然是原子和分子組成的。如在實驗室製造的瞬間數百萬高壓下,可以把氫轉化為金屬氫,但依然還是氫分子組成,支撐著這種壓力的依然是電磁作用力,不屬於簡並壓。

只有當壓力極大時,分子被壓垮,原子也被壓垮,這個時候才是依靠簡並壓與外在的引力壓力抗衡。白矮星就是如此。當太陽類演化後期,巨大的質量向外膨脹時,核心巨大壓力會把核聚變完成後剩下的一個碳球壓縮到極其緻密狀態,這個碳球只有地球大小,卻有太陽質量的0.6倍左右,這時的引力壓力達到了地球海平面的10億倍,物質再也無法保持原子分子組成形態了。

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