比钢还要强100亿倍,这种“核面食”也忒厉害了!

比钢还要强100亿倍,这种“核面食”也忒厉害了!

地球上普遍存在而又强度很高的物质莫过于钢材了,建筑、船舶、汽车、火车,各种日常用品,无不用到这种现代工业冶炼出来的强大物质,可以说钢铁就是整个社会和现代文明的基础。不过你可能想不到的是,一种被称为“核面食”的奇异物质,其强度竟然比钢还要强100亿倍!

当然,你用脑袋上的头皮屑都可以想到,既然被称为奇异物质,强度又是如此的逆天,它当然不可能出现在地球上。是的,这种物质不仅地球上不存在,甚至仅存在于理论上,目前还无法验证。这种物质存在于中子星地壳以下一公里的地方,其密度是水的100亿倍,可能是宇宙中强度最高的物质!

中子星是较大质量恒星坍缩后形成的致密天体,此前有研究表明,中子星的外壳比钢要强得多。印第安纳大学伯明顿分校的物理学家查尔斯·霍洛维茨最近领导了一项研究,旨在调查中子星内部的结构。

比钢还要强100亿倍,这种“核面食”也忒厉害了!

由于科学家们无法去中子星上面搞研究,要弄颗中子星回来也不怎么现实,而且很危险地球人不见得会同意,所以他们建立了计算机模型,根据现有理论取得的数据,对中子星内部情况进行了模拟。结果表明,在中子星表面下方约1公里处,原子核被挤压得如此之近,以至于它们会合并成核物质团块,形成中子和质子的密集混合物。这些还未在理论上形成的团块被认为呈块状、管状和片状等形状,分别以与意大利面条相似的名字来命名。块状的叫意大利薯丸(gnocchi),管状的叫意大利面条(spaghetti ),片状的叫意大利千层面(lasagna)。而更靠近中子星核心的地方,则完全是核物质,就像一个单个的巨大原子核。

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研究人员使用计算机模拟来拉伸这些意大利“核面食”,分析这些材料在何种强度下才会变形,结果表明,需要施加比任何已知材料所需的压力都要大得多——比钢的强度强100亿倍,才有可能使这些“面食”变形。看来任何一个意大利厨师面对这些奇异的“面团”,恐怕都只能束手无策干瞪眼,只有等上帝他老人家来亲自操刀了。

科学家们仍然期望能找到一种办法来验证核面食是否真的存在,引力波的发现可能带来了一线希望。这是因为很多中子星旋转速度非常快,会在时空结构中产生引力波的涟漪,可以被引力波天文台检测到。但要发出这些涟漪,需要中子星的地壳变得很粗糙——这意味着它的地表或地壳内必须有“山脉”或密集的物质堆积。

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然而,由于中子星强大的引力,其表面非常光滑,其凹凸程度可能只有厘米级别。但通过计算机模拟,科学家们发现这些“核面食”可以撑起中子星上10厘米高的山脉。如果真是这样的话,在中子星快速旋转时就会产生引力波天文台可以发现的信号,科学家们就可以估算出山脉的大小,进而确认中子星外壳中超强物质的体积了。

这项研究发表在上月的《 物理评论快报》上。

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中子星的一些有趣冷知识

1、中子星表面有一层几米到几百米高的“大气层”,几乎可以肯定是由高度简并的电子气组成,被高温和高压完全电离。

2、根据已经完成的各种理论估计,中子星整体非球面性大约在百万分之2-3。这意味着一颗半径20公里的中子星,其“山脉”高度可达5厘米。不过这些山脉的底部非常大,所以它更像是球体的整体变形,就像火星上的盾状山脉奥林帕斯山,而非地球上的珠穆朗玛峰。有时我们会观察到中子星频率的突然变化,可能就是由这些山脉引起的。另外,中子星表面也并不是完全平滑的,而是有微小的波纹,起伏大约在5毫米左右。

3、今年6月德国法兰克福大学理论物理研究所最新最精确的研究表明,中子星的半径被严格限制在12公里到13.5公里之间,所以上述“山脉”可能更会更矮一些。

4、中子星的逃逸速度大约在10,000至150,000公里/秒之间,可达光速的一半。这就意味着,一个体重70公斤的人自由落体到中子星上,撞击中子星表面的速度将达到光速的一半,能量相当于2亿吨TNT当量,是地球上爆炸过的最大氢弹沙皇炸弹威力的4倍。

5、最新研究表明,你结婚时戴的金戒子,其实来自于两颗中子星的惊天碰撞。宇宙中所有金元素都是这样产生的,去年引力波天文台检测到的两颗中子星合并,据信“生产”出了300个地球质量的黄金。

6、一个人如果站在中子星的表面,啊,不,实际上你无法站在中子星的表面。即使你没有以半光速坠毁在中子星表面,而是采用某种先进的技术缓缓降落,你也会被从红外线到伽马射线的所有辐射杀死,然后被巨大的潮汐力撕成碎片,涂抹在中子星的表面。你身体中的绝大部分原子核都会被压碎,但也有一些会成为中子星表面“大气层”的一部分。

7、中子星周围可能有行星运行吗?一般来说,中子星形成前都会发生剧烈的超新星爆炸,周围运行的行星很难幸存下来,但中子星周围确实可能存在行星,而且人类发现的首批系外行星,就围绕着一颗脉冲星(中子星的一种)运行,并有4颗行星。这就是PSR B1257+12,它位于室女座,距地球约980光年。中子星周围的行星可能有四种来源,一是超新星爆炸中幸存下来的原来的行星;二是俘获的路过行星;三是中子星周围再次形成原行星盘,诞生新的行星;四是靠得很近的双星系统的中子星,吸积完另一颗恒星的物质后,随便把它的行星“小蜜”也全部收编了。

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