首先,我們來了解壹下中子星是怎麽來的。有資格形成這樣壹個天體的恒星的質量必須比太陽大8倍,比太陽小30到40倍。這顆大質量恒星死亡後,會想盡辦法重新回到光明中來,爆發出巨大的能量,分散大部分質量回到太空,在中心留下壹個致密的核心,這個核心的質量是太陽質量的1.44倍以上到3倍左右。這個核心是中子星。
這個核心有多大?半徑10~20km。有些人總是不相信中子星有那麽好?重?每立方厘米的質量達到1 ~ 2億噸。想想就明白了,壹個半徑為10~20公裏的球,集中了1.44個太陽的質量。要知道太陽的質量是1.9891x 10 30k g,半徑是696000km。掰手指,把太陽的質量乘以1.44,再除以半徑為10km的球的體積,密度就不出來了。
上面的照片顯示的是蟹狀星雲,距離我們6300光年。它是1054年爆發的超新星遺跡,中心是壹顆中子星和壹顆脈沖星。
中子星的幾個極端特征?中子星的特點是密度高、轉速超快、溫度超高、壓力超高。
中子星的自轉主要繼承了原恒星的角動量,有點像跳冰上芭蕾。當運動員收緊身體時,緩慢的旋轉會變得更快。原恒星的半徑有幾十萬甚至幾百萬公裏,縮小到10公裏,所以轉得快很多。最快的毫秒脈沖星,如代號為J1739-285的中子星,自轉速度為1122轉/秒;已知最高轉速的中子星PSR0535-69,其轉速高達每秒1968轉。
中子星剛形成的時候,溫度可以達到10 12k,也就是萬億開爾文,而太陽表面溫度只有6000K,中心溫度只有15萬k,中子星的溫度比太陽高幾億倍。隨著時間的推移,中子星溫度通過壹個?Uka?過程,10000年後,中心溫度將下降到100萬K,表面溫度將下降到100萬K。
中子星壓力達到10 28地球海平面,比地球海平面高1萬億倍,比約300萬海平面的地球中心壓力高3萬億倍,比3000億的太陽中心壓力高3000億倍。
由於中子星的極端特性,它害怕黑洞,任何靠近它的天體都會被它吃掉,更別說人造天體了,所以人類不可能近距離觀測中子星。中子星的表面逃逸速度達到光速的壹半,即每秒15000 km。如果壹個人被中子星的引力抓住,落在上面,速度將達到光速的壹半,撞擊產生的能量將達到2億噸TNT爆炸威力,相當於4顆世界最大的核彈“沙皇炸彈”同時爆炸的威力,或者超過15000顆廣島原子彈。
但是,這種力量在中子星巨大的重力場作用下,可能舉不起壹個毫米波。
另壹個極端特征是超強磁場。
中子星的磁場有多強?我們來對比壹下。磁場的測量單位是什麽?高斯?,字母是Gs。0.7Gs的地球磁場足以抵禦太陽風的入侵;木星磁場達到14Gs,是地球磁場的20倍。太陽磁場極區壹般磁場很低,只有1Gs,但太陽磁場很活躍,兩極爆發時可達1000Gs,太陽表面平靜區磁節點磁場強度也達到幾千Gs,但黑子爆發磁場可達4000Gs。
這些看似很強的磁場和中子星磁場比起來完全是小兒科,所以壹起用?九牛壹毛?打個比喻,恒星磁場被大大高估了。中子星的磁場強度至少是數千億Gs,絕大多數脈沖星表面極區的磁場強度高於654.38+000億Gs,甚至高達20萬億Gs。
脈沖星是中子星的壹種,是旋轉的中子星。因不斷發出電磁脈沖信號而得名。其實中子星都是自轉的,只是有快有慢,那和脈沖星有什麽區別呢?
這是因為天體的自轉軸與磁軸不重合,中子星也是如此。這樣中子星旋轉,磁極發出的能量射線就會像燈塔壹樣掃過空間,而這束能量正好掃向地球,而且是有規律的反復掃,被人類接受。這顆中子星是脈沖星。因為中子星非常小,那些有旋轉和能量發射的中子星,由於它們的能量信號還沒有席卷地球,所以很難被人類發現。即使發現了,也不叫脈沖星,仍然叫中子星。
現在來說說中子星的構成和不帶電帶的問題。理論上,中子星受到很大的壓力,原子外的電子被壓入核內,帶負電的電子與核內帶正電的質子中和成為中子。加上原子核中原來的中子,整個星球就變成了中子組成的星球,密度達到了原子核的密度。
這個理論是理想的,沒有錯,但實際上中子星本身並不是壹個完整的中子球,而是和地球壹樣,根據不同的壓力有幾種不同的層狀結構。它的表層是壹些被壓力壓碎了還沒來得及和質子結合的自由電子;第二層是原子核、電子和中子在結合過程中的混合物;第三層應該是已經化合的全部中子,但在極端高溫高壓下,呈現超流液態;第四層是超固體核心區。
所以中子星不帶電的斷言是不成立的。更何況,即使是全部由中子組成,而中子是由1個上誇克和2個下誇克組成的復合粒子,誇克是帶電的,上誇克2/3帶正電,下誇克1/3帶負電。
所以中子星不帶電是壹種誤解。
那麽中子星的磁場是怎麽來的呢?我們先來了解壹下天體磁場是怎麽來的。雖然目前對天體磁場的起源還沒有統壹的認識,但發電機效應是科學界公認的。
我們知道,發電機的轉子切割磁力線產生電流,這導致科學家提出地球也存在類似的現象。雙軸發電機?磁場產生了壹種效應。地球有多個結構,每個結構的密度和狀態都不壹樣。地球自轉時,不同結構的自轉速度不同,使地球產生穩定的電流,從而產生地球磁場。
在太陽磁場的研究中也有類似的理論,太陽磁場是內部帶電物質不平衡運動造成的。然而,太陽磁場的產生還有壹個化石來源。根據這壹理論,太陽現有的磁性是數十億年前形成的物質遺留下來的。這個理論實際上意味著磁場可以從它的前身天體獲得或者繼承。
根據這些理論,不難解釋中子星的強磁場。
第壹,中子星自轉速度非常快,達到地球自轉的幾億倍,其層狀結構自轉速度差異很大,特別是中間有超導物質超流體,會根據發電機效應形成超強磁場;
其次,中子星由大質量恒星爆發而來,不僅繼承了前壹顆母星的角動量,還繼承了母星的磁性。
但最近的壹項研究否定了第二點,即繼承了母星的磁場。這項研究是由德國慕尼黑馬克斯·普朗克天體物理研究所的壹個團隊完成的。他們認為中子星可能是自身形成過程中產生的極端磁場。這個過程是,在巨星坍縮的最初幾秒鐘,新生的中子星通過發射中微子迅速冷卻,導致內部強烈對流,就像壹鍋沸水上下翻騰,導致原恒星的弱磁場迅速增強。
這個理論支持發電機模型理論。他們通過超級計算機模擬了這個理論,顯示中子星的初始弱磁場已經被放大到10 16GS,所以這個推測是正確的。
他們認為,如果極強的磁場是從原恒星遺傳而來的,那麽這種極強的磁場會減緩原恒星的旋轉速度,最終導致中子星的旋轉速度變慢。但實際上中子星的自轉速度非常快,最快達到每秒1968轉,所以這種強大的磁場不可能來自原恒星。但是,他們並沒有否認中子星從原恒星繼承了弱磁場,而正是這些弱磁場通過發生器理論被迅速增強。
這就是中子星極強磁場的近似起源。天體磁場形成的準確而完整的機制仍在探索中。
就是這樣。歡迎參與討論。感謝閱讀。
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