中子星会有冷却的一天吗?

邓衍强


在极其漫长的时间幅度内,就连宇宙都会冷却下来(热寂),何况是中子星呢?然而实际情况和我们想的不太一样。



中子星是大质量恒星发生超新星爆发后的产物,一般认为原始质量在太阳的8到30倍的恒星到了晚年会发生超新星爆发,之后在它的内部将形成一颗中子星,这颗中子星的体积大概只有十公里左右,然而其质量却比太阳还大,其初始温度可以高达1500亿摄氏度,理论上从它形成开始,它就一直处于降温的过程中,最终它会消耗掉自身保有的能量,温度降到和宇宙背景辐射相似,这时它将变成一个黑球,一般称之为黑矮星(白矮星演化到后期阶段也是黑矮星)但是其降温过程很可能长达200亿年。


然而事实上,这种情况却又极难发生,甚至可以说是不可能发生,因为中子星形成之后,虽然其温度会有大幅度的降低,然而降低到一定程度的时候则会在一个基本固定的温度范围内维持很长时间,为什么会发生这种情况呢?原因其实也很简单,就是中子星会不断的吸收其他物质到它的星球表面上。

我们都知道中子星是有强大引力场的星体,当恒星发生超新星爆发形成中子星的时候,原恒星大多数的物质都会抛洒到宇宙空间中,但是有一部分物质则会在中子星的引力作用下被中子星吸收到表面,而中子星的表面又有着极高的温度,表面物质受到中子星的强大引力也会产生极端的压力,这个时候在中子星的表面就会发生核聚变反应,那么这样的话,只要中子星能一直吸收物质,它的表面就可以一直有核聚变反应,因此它就可以一直维持核聚变发生的温度,这样的话,它的降温现象基本就停滞了。



可能有的朋友要说了,那么中子星不吸收物质不就完了吗?但是这样的设定却又是不成立的,宇宙很大,宇宙空间中的物质也很丰富,发生超新星爆发的中子星周围基本都有着大量的物质元素,足够它吸收很多很多年的,有的中子星甚至有伴星,它可以不断的从伴星上吸取物质。



我们知道一个星体如果不断的吸收物质,那么它的质量就会变大,中子星当然也是这样,所以中子星的质量也会增加,当其超过三倍太阳的时候,超过奥本海默极限的它就会进一步形成黑洞,那么这样一来,它的温度就要比它刚成中子星的时候还要高得多了。


中子星虽然有完全冷却下来的可能,但实际上却几乎不可能出现,比中子星稍小的白矮星也是如此,这也是宇宙中很难出现黑矮星的原因了。


人类的方向


答案当然是:会有那么一天!

中子星的由来

我们都知道中子星是由恒星末期自身塌缩演化而来,由于恒星坍缩时的重力势能,因此新生的中子星温度在约1千亿到1万亿度之间。

中子星形成后,它不是就站那不动了。相反中子星就带有很高的自转速度,一般在每秒钟数圈的范围内,而且还会伴随着强磁场,还不断释放出大量的中微子

简单来说它已经不进行聚变了,就好比继承了遗产的人,既不工作,也不投资,花天酒地,还整天撒钱,你说他能坚持多久。

所以中子星短短数年之间,它的温度就会下降到百万度左右。而且它仍然以X射线的方式向太空释放能量,让自己的温度继续下降。

所以中子星当然会降温冷却。

中子星可能会诞生生命?

既然中子星确实会冷却,那么冷却到适宜生命的温度后,有可能诞生生命吗?

中子星形成生命有一个前提就是能否形成化学反应,因为生命的本质就是化学反应。但化学反应却是电磁力支配下的原子间的电子交换,而中子星却只有中子。

如果不需要以电子为交换的化学反应,而是以中子为交换形成新的体系能否可行?著名天文学家弗兰克·德雷克是这样想的,但这一话题太难讨论了,因为其已经超出我们的范畴,弗兰克·德雷克也不能给出答案。

但是他以这个假设成立写了一部科幻故事《龙蛋》。


你认为中子星有可能产生生命吗?


科学认识论


中子星会有冷却的一天吗?

如果给予足够的时间,那么即使是宇宙也会有冷却的一天,中子星当然会有冷却的一天了.....但过程却有相当的差异,因为根据形成过程以及天体的特性不一样,其冷却过程是有差异的!

如示意图中超新星爆发的中心留下了天体,而这个天体假如其质量超过太阳的3.2倍,那么其将坍缩为黑洞,假如其质量在太阳的1.4-3.2倍之间,那么中心就坍缩为中子星!简单的说中子星就是恒星生命的末阶段,其内核已经聚变成铁元素的情况下,与失去了辐射压的外壳撞击所产生的超新星爆发,而内核的铁元素则在爆发中获得的大量能量聚变成了更重的元素,并随着超新星爆发的余波扩散到了宇宙中!而真正的内核则在这个爆发中坍缩成了中子星(原子核内的电子被巨大的压力压缩到了原子核内部,与质子中和成了中子)!

从上面中子星的生成过程中可知,中子星已经没有了能量的来源,唯一的所具有的高温与高速自转是恒星内核坍缩成中子星继承而来的,因此中子星就成了坐吃山空的主,尽管中子星的寿命极长,甚至达到数百亿年但终有冷却的一天!

需要提醒一下的是我们常说的脉冲星就是中子星的一种,脉冲星的磁极与自转轴有一定的角度,扫过地球时我们就接收到了它所发出的信号!

我们宇宙形成也就138.2亿年,因此即使从宇宙诞生开始就形成中子星,那么到现在依然在发光与发热!如果假以时日,中子星的自转与温度都将逐渐降低,最终成为一颗黑球!


星辰大海路上的种花家


会有,没有什么是永恒的。

而且中子星甚至比白矮星冷却的更快,关键原因还在于它

特别的释放能量方式——暴力射出,还不回收!

刚从超新星剧烈的爆发中生存下来的中子星,继承了原来恒星的大部分重力势能,表面温度可达1千亿到1万亿摄氏度。

但因为体积较小,整个星体半径可能才十几公里,在继承了原来恒星的角动量情况下。


I即为转动惯量,r为物体半径,m为质量

L为角动量,w为角速度

半径减小,转动惯量减小,角动量守恒,则转速增大。

中子星的转速因此可达每秒几千转,但也因为如此高的转速,继承前恒星的磁场能也消耗的很快(快速拖曳磁力线需要能量,从中子星转动能中汲取,减慢转速,消耗中子星的能量)。


另外,中子星还是一个无源之水——它挥霍大量能量,喷出大量的中微子的同时,却没有其他可利用能量的补充。

如此一来,它表面的温度可以在几年之内把温度降到100万摄氏度。

在温度降低一些,中子星又会继续以X射线的方式释放能量,但挥霍起来依然一点不加以节制。

直至足够长的时间,中子星会因为释放能量过多,自转速度降低到每秒几周,表面的热辐射基本殆尽,中子星冷却演化成了黑矮星,不在发出光和热,消失在宇宙的黑暗背景中。

有问题请留言评论,谢谢。


挡不住的熵增


答:中子星会继续冷却为“黑中子星”,冷却过程会经历数百亿年至千亿年之久,因为宇宙年龄只有138亿年,所以目前宇宙中还没有黑中子星形成。


根据恒星形成与演化理论,一颗大质量的恒星,在演化末期发生超新星爆炸后,留下的核心质量在1.44~3倍太阳质量之间,就有可能形成中子星。

在中子星形成前,恒星内部出现不稳定,其中心其实已经开始形成一个白矮星的核,由电子简并压力抵抗着万有引力;然后恒星向内塌缩,恒星内物质在巨大的引力作用下,电子将坠入原子核与质子中和形成中子,原子结构溃散,恒星成为超新星。

然后超新星向内塌缩后再反弹,抛洒出大量物质,中心则形成一颗中子星,由中子简并压力和引力抗衡,中子星的密度高达每立方厘米十亿吨,表面温度高达数百万至数千万度,整体呈白色,并且以极高的速度自转。


随后,中子星经历缓慢的冷却过程,其自传速度逐渐降低,表面温度也会下降;如果期间中子星继续吸收物质,当质量超过奥本海默极限(大约3倍太阳质量),就会继续塌缩成黑洞或者夸克星。

如果中子星不在继续吸收物质,那么历经数百亿年至数千亿年的冷却后,就会演化为一颗“黑中子星”,其实就是温度很低的中子星,以至于在可见光波段的辐射量很小。


因为宇宙年龄才138.2亿年,就算是宇宙中的第一批中子星,也没有足够的时间冷却成黑中子星,所以当前宇宙中并不存在这样的天体;就如黑矮星是白矮星历经数百亿年演化的产物一样,都是理论预言的天体。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


不会冷却,中子星中,电子受到强大的挤压离开原来轨道,进入原子中心,原子的中心是原子核,由质子和中子组成,进入原子核的电子与质子发生反应,形成更多中子,最终该恒星充满了中子。


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