11.15 致命舞者的祕密——中子星,飛旋的小巨人

先說明一下,文章中括號裡的內容可以不予理會

我們都知道,暮年恆星最終的歸宿不過這麼幾種:黑洞、中子星、白矮星,或者直接灰飛煙滅。本文的“主人公”就是宇宙中密度僅次於黑洞的一種天體——中子星。

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

輝煌中誕生的小巨人

大質量恆星(太陽質量的8至30倍)進入“老年期”後,往往會發生超新星爆發,向周圍空間拋射大量物質,最終留下一個異常緻密的“內核”。這就是中子星本星了。它有多緻密?每立方厘米中子星物質的質量都在一億噸以上,這個密度,其實就是原子核的密度了。

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

原子內部其實是十公空曠的,可不像上圖這樣。如果把整個原子比做一個大劇場,那麼原子核的尺寸只相當於懸在劇場中央的一顆核桃而已。如果去掉周圍的空間,把無數個“核桃”擠在一起,就是中子星了(電子被巨大的壓力壓縮到原子核中,同質子中和,變成中子,使原子變得僅由中子組成。中子簡併壓支撐住了中子星,阻止它繼續塌縮成為黑洞)。

驚人的自轉速度

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

中子星的自轉速度十分誇張——已發現轉得最快的一顆,每秒鐘能自轉1122圈!一秒就是三年……對於一顆直徑不到20公里的天體來說,這意味著它赤道部分的線速度已經達到光速的四分之一了。如此喪心病狂的轉速得產生多巨大的“離心力”呀,為什麼沒有讓中子星直接解體或者被“甩”成一張薄餅呢?

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

答案是引力。中子星的“引力密度”僅次於黑洞,想要駕駛飛船從它的引力場逃離,你得把飛船加速到每秒15萬公里才可以,這可是光速的一半了。所以,即使中子星赤道部分的線速度達到每秒7萬公里,這裡的物質也只能老老實實呆在星體表面上。(光都只能以螺旋狀脫離中子星)

中子星為什麼轉這麼快

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

太陽這樣的正經恆星,自轉一週需要24天半的時間,其他正值壯年的恆星也差不了太多,為什麼中子星自轉如此之快呢?看過花樣滑冰吧,運動員在冰面上旋轉,如果想加速時會做什麼動作?會盡量併攏四肢。身體各部位離旋轉軸越近,運動員的旋轉速度就越快。哈哈哈↓

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

想減慢旋轉速度時,再將四肢伸展開就可以了。

致命舞者的秘密——中子星,飛旋的小巨人

中子星就相當於這位冰上舞者。超新星爆發中,物質向外拋射的同時,恆星內層也在向中心坍塌。最終它把自己的直徑從幾百萬公里一下收縮成10到30公里,但質量只損失了一小部分,轉速當然會直線上升了。(中子星繼承了母恆星大部分的質量和角動量,但半徑減少幅度異常劇烈,相當於月球塞進你臥室裡。轉動慣量的減少導致了轉速疾速增加,所以產生了非常高的自轉速率)

關於中子星,令人難以理解的奇異特質太多了,巨大的密度和瘋狂的自轉只是一小部分。它們的溫度、磁場、輻射、壓強都極端到難以想象,篇幅所限,以後再寫。

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