物質(zhì)密度能夠大到什么程度？中子星告訴你：每立方厘米重達(dá)20億噸

此前網(wǎng)絡(luò)上有這樣一個(gè)調(diào)侃的段子，提問的是宇宙中密度最大的三種東西，而答案當(dāng)中除了有黑洞和中子星以外，竟然還出現(xiàn)了“新疆切糕”。不過今天咱們要聊的可不是切糕，而是神奇的“中子星”。

中子星的構(gòu)想圖

中子星身體力行地告訴了我們密度最大的物質(zhì)能大到什么程度，每立方厘米重達(dá)20億噸。

那么，到底什么是中子星？它又是從何而來的？如果我們靠近中子星之后會(huì)發(fā)生什么可怕的事情呢？

宇宙中的中子星構(gòu)想圖

神奇的中子星

宇宙中的天體千千萬，中子星確實(shí)算得上是其中十分特殊的一個(gè)了，它的特殊之處不在外表，而是內(nèi)在。

原來，中子星費(fèi)盡力氣將自己壓縮成了一種極端致密的天體，它的平均密度超過了飽和核物質(zhì)密度。

中子星內(nèi)部物質(zhì)密度分布示意圖

簡單來說，如果說宇宙是個(gè)巨大的健身房，各個(gè)天體都在努力“健身增肌”，那么中子星一定是里面最恐怖的“健身狂魔”，因?yàn)檫@家伙為了訓(xùn)練效果更加明顯，直接對自己的體積進(jìn)行了“縮水壓縮”。

這種程度就相當(dāng)于，把高大的珠穆朗瑪峰壓縮成一塊放進(jìn)咖啡杯的“方糖”一樣。

珠穆朗瑪峰是地球上最高的山峰

從目前的觀測情況來看，中子星是除了黑洞以外密度最大的天體了。別看它對自己這么狠，但它實(shí)際是位老人家了，就和白矮星一樣，中子星其實(shí)也是恒星步入晚年時(shí)的形態(tài)。

當(dāng)然，也不是所有的恒星都有資格成為中子星，比如我們的太陽。因?yàn)檫@種高密度首先需要本身質(zhì)量就很大，所以當(dāng)恒星步入老年時(shí)質(zhì)量仍然是太陽的8到20倍，才有希望成為中子星。

太陽的生命周期示意圖

因此，中子星在“變身”的時(shí)候，就會(huì)將自己的內(nèi)部塞滿由中子組成的流體，外部則套一個(gè)固態(tài)的鐵外殼，密度能達(dá)到每立方厘米20億噸。如果我們同比例對地球進(jìn)行壓縮，那么地球?qū)⒆兂梢粋€(gè)直徑只有22米左右的天體。

所以，千萬別“以貌取人”，覺得中子星看起來很小，就不把它當(dāng)回事。實(shí)際上這家伙質(zhì)量非?？植溃霃綖槭椎闹凶有琴|(zhì)量就基本與太陽一致了。

太陽與中子星的體積大小對比圖

由此可見，中子星確實(shí)證明了密度最大的物質(zhì)能把自己壓到什么程度。雖然它和黑洞之間還是差一些，但是依舊保持著“恒星”的面貌，做到這樣已經(jīng)很不容易了。

說到這兒，有人可能很疑惑，既然中子星都已經(jīng)將自己壓縮到如此迷你的樣子了，人類到底是怎么發(fā)現(xiàn)它的呢？

體型超小但能量爆表的中子星

中子星的發(fā)現(xiàn)歷程

當(dāng)科學(xué)家認(rèn)識到恒星并非真的“永恒”時(shí)，就猜測所有恒星走到生命終結(jié)的那一天，都會(huì)展現(xiàn)出不同的形態(tài)。

我們知道，恒星都誕生于星云，那些巨大的星云在引力作用之下坍縮、分裂，最終當(dāng)溫度達(dá)到一定臨界點(diǎn)時(shí)，坍縮的氣體被點(diǎn)燃，壓強(qiáng)使得引力坍縮現(xiàn)象終止，恒星就在此刻誕生了。

恒星的演化歷程示意圖

可以看出，恒星自坍縮當(dāng)中誕生，而隨著其內(nèi)部熱核聚變對原材料的消耗，它又會(huì)隨“引力坍縮”走向一生的終點(diǎn)。

有的恒星變成了白矮星，成為了宇宙中沉默的一顆星。有的卻異常的倔強(qiáng)，將自己壓縮成了中子星，變成了宇宙中閃耀的燈球。為什么說是燈球呢？這還得從中子星的發(fā)現(xiàn)歷程說起。

恒星坍縮為中子星的過程示意圖

1844年時(shí)，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)天狼星的伴星竟然是一顆和太陽質(zhì)量相當(dāng)?shù)呛茈y被觀測到的天體。后來根據(jù)光度和溫度，確定了這是一顆白矮星。而這個(gè)白矮星的確定，在后來為科學(xué)家們打開了中子星的窗口。

資料顯示，基于E. Fermi和P. Dirac所發(fā)現(xiàn)的費(fèi)米子量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律，R. Fowler提出在白矮星密度下，從原子中電離出來的大量自由電子將能夠形成非常強(qiáng)大的兼并壓，遠(yuǎn)高于白矮星溫度下的熱壓強(qiáng)。

天狼星與其伴星“天狼星B”

就這樣，大家意識到中子星可能存在，并且在1934年時(shí)由科學(xué)家專門在論文當(dāng)中提到了中子星這個(gè)名詞，表示超新星現(xiàn)象其實(shí)就是大質(zhì)量恒星向著中子星轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)的。

說到這兒，人們雖然確定了這類宇宙致密天體存在，但是已就很難找到它。直到上世紀(jì)六十年代末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種具有周期性的射電脈沖信號。他們經(jīng)過研究之后確定，這是一種在宇宙當(dāng)中瘋狂旋轉(zhuǎn)的天體發(fā)出的，并且為其命名為脈沖星。

記錄著脈沖信號的紙帶

需要注意的是，所有的脈沖星都屬于中子星，但是中子星不一定是脈沖星，所以中子星的特征會(huì)更多一些。

不過科學(xué)家依舊在發(fā)現(xiàn)會(huì)發(fā)出脈沖的中子星后表現(xiàn)得十分激動(dòng)，因?yàn)檫@家伙就像是舞廳里閃耀的燈球，在黑暗的宇宙中瘋狂旋轉(zhuǎn)。

在宇宙中快速旋轉(zhuǎn)的中子星

在2010年時(shí)，天物學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了迄今為止最大的中子星，預(yù)計(jì)其質(zhì)量是太陽的兩倍左右。不過它看起來還是很小的，可能就和一個(gè)城市差不多大。

由此可見，有脈沖的中子星不僅外形迷你，內(nèi)核強(qiáng)大，還會(huì)在宇宙當(dāng)中瘋狂地旋轉(zhuǎn)。比如此前天文學(xué)家借助歐空局發(fā)現(xiàn)的那顆中子星，每秒就能旋轉(zhuǎn)1122圈，簡直比“芭蕾舞演員”還能轉(zhuǎn)。

中子星的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象示意圖

那么，人類有機(jī)會(huì)到中子星附近親眼目睹它是如何在宇宙中舞蹈的嗎？如果我們靠近中子星會(huì)發(fā)生什么可怕的事情？

當(dāng)人靠近中子星

中子星奇特的外形以及在宇宙中旋轉(zhuǎn)的身姿，確實(shí)讓人十分好奇，甚至生出了前往中子星看看的想法。

可是中子星其實(shí)是非?？植赖拇嬖冢?yàn)樗砻鏈囟确浅８?，能達(dá)到110萬度左右，算得上是宇宙中真正的“炎王爺”了。

中子星的中心溫度高達(dá)60億度

此外由于密度非常驚人，中子星的引力也十分強(qiáng)大，甚至連光線在路過它附近的時(shí)候都是以“拋物線”的形式掙脫的。

可以想象，如果被中子星的引力捕獲，那么下場將會(huì)有多么凄慘。而且中子星的內(nèi)部壓強(qiáng)也很恐怖，是地球標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的300多萬倍。

雙中子星的引力波構(gòu)想圖

因此，當(dāng)人靠近中子星的時(shí)候，就會(huì)被其恐怖的引力直接扯成碎片。并且這個(gè)距離范圍可能是非常遠(yuǎn)的，在尚未察覺的時(shí)候就會(huì)被迷你的中子星拉扯到身邊，變成一堆碎片。

當(dāng)然，如果我們假設(shè)人在排除萬難之后還是抵達(dá)中子星了，并且還登陸了，可人依舊會(huì)被中子星的表面影響，直接變成這顆恐怖星球加工自己的原材料。

中子星產(chǎn)生X射線輻射的示意圖

就算這種影響也被假設(shè)不存在，高溫也會(huì)直接把人蒸發(fā)，還能讓整個(gè)肉體都融入中子星當(dāng)中，成為它的一份子。

由此可見，中子星確實(shí)證明了“以貌取星”的方法在宇宙中是不適用的，因?yàn)樗皇潜砻嫔峡雌饋砜蓯勖阅懔T了，其實(shí)卻有著神奇的超能力。小小的身體當(dāng)中，蘊(yùn)藏著巨大的能量。

神秘的中子星構(gòu)想圖

值得一提的是，隨著科學(xué)家的不斷地探索，他們認(rèn)為在宇宙中可能還存在比中子星密度更大的天體。

當(dāng)然這里說的不是黑洞，而是另外一種類似中子星的天體，它是“奇異物質(zhì)”組成的，所以也被科學(xué)家稱為奇異星。

巴西國家空間研究所的莫拉雷斯表示，“這樣的星體相比普通的中子星，體積會(huì)小得多。一顆質(zhì)量約相當(dāng)于0.2倍太陽質(zhì)量的中子星，其徑大約是15公里左右；而一顆由奇異物質(zhì)組成的相同質(zhì)量的天體，半徑大約只有不到5公里?！?/p>

“奇異星”的構(gòu)想圖

不過至今依舊沒有確切的證據(jù)能證明在宇宙中存在這種天體，所以除了黑洞之外，中子星依舊是宇宙中密度最大的天體。

對此，你怎么看呢？歡迎來評論區(qū)留言。關(guān)注CHN九象科技，通過科普，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界有太多奇妙無比的事情。