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宇宙「最硬」物質比鋼硬100億倍!此「硬菜」來自哪里?中子星

Ashin 2023/01/17

宇宙中有一道「菜」,甭管再好的牙口也別想咬動,這道菜叫做「核意面」。

核意面有多硬?它可是 鋼的100億倍硬,做這道菜的「廚子」來自于中子星。

宇宙中也有「意大利面」

那麼,中子星是怎麼來的,它為何會如此堅硬呢?

想要了解這道硬菜,我們還要從一場爆炸講起。

宇宙中存在最硬的物質

中子星的來歷

恒星是宇宙中常見的天體,那麼中子星是什麼天體呢?

中子星的誕生,還要從 大質量恒星的死亡開始說起

恒星不會永遠發光,它們也是有壽命極限的,就像 人類的壽命因個體而異,恒星的壽命也會因為其質量不同出現差別。

比如我們的 太陽屬于G型恒星,俗稱 黃矮星,壽命在100億年左右。

太陽的壽命在大約100億年

但是質量比太陽小一半左右的 M型或者K型恒星,俗稱紅矮星,壽命卻可以達到 200到500億年不等

恒星的狀態可以分為 出生、成長、穩定、衰老、死亡,穩定時期時間最長,因此又被稱作主序星,我們的太陽就是在穩定的主序星時期。

當恒星的壽命來到衰老時期, 恒星會膨脹,變成紅巨星,質量更大的被稱為 紅超巨星

膨脹進行到極限后,恒星就會迎來最終的死亡。每一個恒星都有自己的死亡方式,因質量而異。

太陽的一生

質量小于8個太陽的恒星,結束自己的方式比較溫和,是 以坍塌的形式表現出來,曾經炙熱的火球,最后只剩下冰冷的內核,成為一顆泛著冷白光的墓碑—— 白矮星

質量比8個太陽大的恒星,了解自我的方式非常壯烈,它們會 以一場爆炸結束自己,這場爆炸叫做 超新星爆炸

超新星爆炸,讓恒星的外部物質再次回歸星云,為下一顆新的恒星誕生做準備。

大質量恒星的內核,要麼成為 黑洞,要麼成為 中子星

中子星

一般來說,質量越大成為黑洞的機率也就更大,所以中子星和黑洞最大的區別在于, 誰的前身質量更大

這也讓中子星成為了 密度僅次于黑洞的存在

光在從中子星旁邊穿過的時候會出現彎曲,原因就在于 中子星的引力會改變光直線傳播的路徑

中子星的質量沒有黑洞大,引力還沒有大到可以將光吞噬的程度。

它的密度在宇宙中能排在第二位,每立方厘米的質量為 1000億到100萬億克,并且越往內核走硬度越大。

中子星的內核全部由中子組成,密度為 1000萬億克/立方厘米。為什麼中子星的密度會這麼大呢?

中子星的密度僅次于黑洞

中子星的硬度

中子星的體積非常小,它的 直徑在10到20公里,這簡直就是一顆 濃縮的「小鋼炮」

想象一下,中子星和地球相撞,地球的密度遠小于中子星,如何承受得住?

這就不得不提到中子星的主要組成部分,一種神秘的粒子—— 中子

中子是構成元素多樣性的關鍵,這麼說吧, 如果沒有中子,人類可以利用的原子會少一半

中子星是一顆「小鋼炮」

中子是原子的重要部分之一,它具有質量,但是卻不帶電, 和質子一起呆在原子核內

正是因為不帶電,所以質子不會排斥它,甚至會 允許多個中子和自己一起呆在原子核內

因此, 同一種元素可以有不同的中子模式,這便是 同位素。同位素的出現豐富了我們對于元素的認識,也拓展了原子技術。

比如我們使用的核裂變原理,使用的就是重原子的同位素,比如 鈾-234、鈾-235和鈾-238

同位素的內部(白色為中子)

人們使用粒子相互碰撞的時候,會釋放出中子,這是輻射的主要來源。

因此, 中子星是一個充滿輻射的天體

天文學家們認為,中子星分為兩部分,外殼和內核,尤其是它的內核,是整顆天體密度最大的地方,這里的中子甚至形成了「流體」。

這也讓中子星的內核誕生了一道「菜」——核意面。

核意面不是真的意大利面,而是 天文學家為了更好地解釋中子星的內部結構描繪的一種假設

現實中的意大利面

科學家們認為,中子星內核的中子,像意面團一樣組合在一起。

這樣的結構賦予了中子星極大的韌性,讓它能夠抵擋宇宙中的一切撞擊。

可以毫不夸張地說,除了黑洞能夠將中子星毀滅掉,一般的天文現象,如伽馬射線、高能粒子束等,都無法奈何中子星。

如果還是很難想象中子星究竟有多硬,那麼可以用它和地球上的一種硬物鋼作比較, 中子星的硬度是鋼的100億倍

中子星的結構

怪不得說中子星內部的核意面是宇宙中的一道「硬菜」。

而這道硬菜,還會為自己 發射脈沖宣傳中子是輻射產生的原因,作為中子構成的中子星,自然就是一個 巨大的輻射源

中子產生的輻射,以脈沖的形式向宇宙中散播, 這類會發射脈沖的中子星被稱為脈沖星

可是,有的中子星卻無法產生脈沖,這是因為不同的中子星產生的輻射能量不一樣,電磁波的頻率有差別, 并不是每一條電磁波都能產生脈沖

因此,被人類發現的中子星大部分都是脈沖星。

脈沖星發射脈沖

發現中子星

理論上來說,中子星產生的電磁波中有可見光,所以 中子星是可以被天文望遠鏡看到的

可實際上,發現中子星最多的,卻是 射電望遠鏡

也就是說, 人們不是看到了中子星,而是聽到了中子星

因為中子星發射的電磁波中 可見光只有很少的一部分,而宇宙中的恒星們發射的電磁波,可見光占據了大部分。

恒星的光芒會掩蓋中子星,導致 天文望遠鏡看到的中子星并不多

哈勃空間望遠鏡

但是,脈沖星發射的脈沖對于射電望遠鏡來說就非常容易被發現,通過接受宇宙中的脈沖信號,就能發現脈沖星,脈沖星就是中子星的一種。

全世界發現脈沖星效率最高的,是 中國的FAST天眼望遠鏡,也是全世界口徑最大的射電望遠鏡。

從投入使用到2022年。FAST天眼發現的脈沖星個數已經達到了 660顆以上,對于研究中子星有著非常重大的意義。

不過很遺憾的是,人類目前對于中子星的了解 還沒有完全深入其內核,對于核意面的真實結構尚不清楚,核意面目前僅限于假想模型。

如果真的能夠有幸發現這道「硬菜」的真身,將會 推動整個宇宙「菜單」的更新

發現脈沖星最多的FAST天眼

研究中子星的意義

科學家們還希望通過研究在中子星內找到四中子結構,這是法國里昂的科學家 米格爾·馬克在一次實驗中偶然見到的一種結構,被稱為 「零號元素」

人類歷史上也只見過這一次,此后科學家們嘗試了很多辦法, 都沒能得到四中子這樣的結構

一部分科學家認為,不依靠質子就想形成原子簡直是無稽之談, 四中子或許永遠不可能存在

但是米格爾·馬克卻堅信 四中子結構一定存在,只是它會顛覆人們對于原子的認知

四中子示意圖

說不定它就在中子星里面, 核意面也許就是一種四中子

人類若是想要知道核意面的真實身份,只能真的「品嘗」一番。

但是, 接近中子星是一個非常危險的事情。它雖然不像黑洞那樣吞噬一切,可是它巨大的引力也足以將靠近的物質撕碎。

這樣巨大的引力如果能過夠加以應用,那將會是一個 非常完美的引力彈弓

當年的旅行者1號和旅行者2號就是利用木星和土星的引力將自己的速度加到了第三宇宙速度。

利用木星做引力彈弓

如果人類利用中子星作為引力彈弓,說不定就會把速度提高到第四宇宙速度,這樣,就能在未來某一天離開銀河系。

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