11.15 致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

先说明一下,文章中括号里的内容可以不予理会

我们都知道,暮年恒星最终的归宿不过这么几种:黑洞、中子星、白矮星,或者直接灰飞烟灭。本文的“主人公”就是宇宙中密度仅次于黑洞的一种天体——中子星。

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

辉煌中诞生的小巨人

大质量恒星(太阳质量的8至30倍)进入“老年期”后,往往会发生超新星爆发,向周围空间抛射大量物质,最终留下一个异常致密的“内核”。这就是中子星本星了。它有多致密?每立方厘米中子星物质的质量都在一亿吨以上,这个密度,其实就是原子核的密度了。

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

原子内部其实是十公空旷的,可不像上图这样。如果把整个原子比做一个大剧场,那么原子核的尺寸只相当于悬在剧场中央的一颗核桃而已。如果去掉周围的空间,把无数个“核桃”挤在一起,就是中子星了(电子被巨大的压力压缩到原子核中,同质子中和,变成中子,使原子变得仅由中子组成。中子简并压支撑住了中子星,阻止它继续塌缩成为黑洞)。

惊人的自转速度

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

中子星的自转速度十分夸张——已发现转得最快的一颗,每秒钟能自转1122圈!一秒就是三年……对于一颗直径不到20公里的天体来说,这意味着它赤道部分的线速度已经达到光速的四分之一了。如此丧心病狂的转速得产生多巨大的“离心力”呀,为什么没有让中子星直接解体或者被“甩”成一张薄饼呢?

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

答案是引力。中子星的“引力密度”仅次于黑洞,想要驾驶飞船从它的引力场逃离,你得把飞船加速到每秒15万公里才可以,这可是光速的一半了。所以,即使中子星赤道部分的线速度达到每秒7万公里,这里的物质也只能老老实实呆在星体表面上。(光都只能以螺旋状脱离中子星)

中子星为什么转这么快

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

太阳这样的正经恒星,自转一周需要24天半的时间,其他正值壮年的恒星也差不了太多,为什么中子星自转如此之快呢?看过花样滑冰吧,运动员在冰面上旋转,如果想加速时会做什么动作?会尽量并拢四肢。身体各部位离旋转轴越近,运动员的旋转速度就越快。哈哈哈↓

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

想减慢旋转速度时,再将四肢伸展开就可以了。

致命舞者的秘密——中子星,飞旋的小巨人

中子星就相当于这位冰上舞者。超新星爆发中,物质向外抛射的同时,恒星内层也在向中心坍塌。最终它把自己的直径从几百万公里一下收缩成10到30公里,但质量只损失了一小部分,转速当然会直线上升了。(中子星继承了母恒星大部分的质量和角动量,但半径减少幅度异常剧烈,相当于月球塞进你卧室里。转动惯量的减少导致了转速疾速增加,所以产生了非常高的自转速率)

关于中子星,令人难以理解的奇异特质太多了,巨大的密度和疯狂的自转只是一小部分。它们的温度、磁场、辐射、压强都极端到难以想象,篇幅所限,以后再写。

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