中子星内核中的“核披萨”,这种极端材料的强度是钢的100亿倍

您可能吃过意大利面,松软的口感相当不错。但一种称为"核披萨”的奇怪物质却在讲述一个完全不同的故事。存在于中子星的独特物质比其他已知物质更强,这种物质的强度是钢的100亿倍。

“核披萨”可能是宇宙中最强大的物质,它被认为存在于被称为中子星的超高密度死星中。研究人员在报告中称,破坏这些物质需要的能量是破坏钢铁的100亿倍。印第安那大学的物理学家查尔斯·霍洛维茨,也是报告的共同作者,提出了如上见解。

中子星内核中的“核披萨”,这种极端材料的强度是钢的100亿倍

这个数字确实疯狂,中子星中的材料密度非常非常大,这也使得它相当强大。当一个垂死的恒星爆炸时中子星形成,留下的是由于巨大引力所致的极端压力下压扁的富含中子的残余物,这导致材料拥有了奇怪的特性。

在中子星地表下大约一公里的地方,原子核被紧紧地挤压在一起,以至于它们合并成一团核物质,这是一种由中子和质子组成的密集混合物。这些理论上的团块被认为形状像斑点、管子或薄板,它们酷似面条,于是根据外形被命名为汤团、意大利面和千层面。在中子星的深处,核物质完全占据了主导。被烧毁的恒星的整个核心是核物质,就像一个巨大的原子核。

中子星内核中的“核披萨”,这种极端材料的强度是钢的100亿倍

当原子核在中子星里被挤压到一起时,核物质形成的形状让科学家联想起各种面食,包括汤团(左),意大利面(中)和面条(右)。

“核披萨”具有不可思议的致密性,大概是水的密度的100兆倍。在实验室中研究这种极端的材料是不可能的,于是研究人员使用计算机模拟来拉伸“核披萨”探索材料的反应。要使材料变形,必须施加巨大的压力,而对意大利面进行挤压所需要的压力要比其他任何已知材料都要大。

早期的模拟结果显示,中子星的外壳同样要比钢坚硬地多。“核披萨”所处的内部地壳当时是未被探索的领域。现在研究人员发现中子星的内部地壳更强,物理学家仍然在寻找“核披萨”世界的更多真实证据。新的研究结果让科学家看到了一线曙光。中子星旋转很快,因此它可能会在时空中产生涟漪,又称为引力波,科学家们可以在先进激光干涉引力波天文台等设施中探测到它的存在。

中子星内核中的“核披萨”,这种极端材料的强度是钢的100亿倍

最困难的是,你需要有一座相对较大的山来进行验证。一个更硬,更强的地壳可以产生更强大的引力波。会支持更大的山。但“大”是个相对的名词。由于中子星的强大引力,这座山也许只有数厘米高。

以前科学家们不知道“核披萨”究竟能够支持多大的山峰。于是模拟实验有了用武之地,研究结果表明,“核披萨”可以支撑高达数十厘米的山峰,这足以让LIGO天文台能够发现中子星的引力波。如果LIGO能捕捉到这样的信号,科学家们就可以估算出山脉的大小,并确认中子星的外壳上有超强的材料。


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