一指甲盖重1亿吨!中子星到底是什么构成的?有东西比它更重吗?

当恒星的演化进程走到末尾时,其核心内部的 氢、氦、碳 等元素都在上亿年的 核聚变反应 中被消耗殆尽。这些经历了核聚变反应的元素 最终都会转变成铁,并无法再向前一步 。

这时,恒星的核心将不再向外辐射出巨大的能量,而 失去热辐射压力支撑的外部物质,就会在重力的作用下朝着内部核心“自由落体” 。 这种不受控的塌陷,最终会把恒星压缩成白矮星、中子星或黑洞。


(资料图)

我们都知道,以上三种天体都在较小的体积下拥有超高的密度,那么,到底它们究竟是由什么神奇的物质组成的呢?

白矮星

一颗 中等质量或低质量 的恒星,例如我们的太阳,它们的结局就是变成一颗 白矮星 。只要 初始质量小于10个太阳质量的恒星 ,演化的最终状态都是白矮星,这基本上是银河系 97% 左右的恒星的命运。

白矮星的前身是一颗与太阳差不多大的恒星,这意味着它们 二者的质量相当 ,但是在经历塌缩之后, 白矮星的体积仅仅与地球相近 ,你可以想象白矮星的密度将有多恐怖了吧?

组成白矮星的是 电子简并物质 ,由于失去了核融合,它只能通过 电子简并压力 阻止重力崩溃 ,经过物理学家的推导, 一颗无自转的白矮星,其最大质量是1.44个太阳质量 。

中子星

当白矮星被压缩成中子星,它将经历相当剧烈的过程,剧烈到可以将 组成白矮星的电子并入质子最后转化成中子 。

组成中子星的不是原子、电子,甚至不是质子,而是更致密的 中子 。中子星是由大质量的恒星变成的,它们的质量即使塌缩成白矮星还是太重了, 电子简并压力无法与重力抗衡,只好继续向内塌缩 。

恒星质量越大,那么最后收缩成中子星时半径反而会越小 ,这使得中子星的密度在 每立方公分在8×克至2×克之间 ,几乎是 原子核 的密度。

中子星是由一颗大质量恒星塌缩而成的,即使转变了身份,它也将保留还是恒星时的 大部分角动量 ,但是它的半径已经缩得太小,这导致 中子星拥有超级高的自转速度 ,周期在毫秒脉冲星的700分之1秒到30秒之间。

同时,高密度还给中子星带来了 强重力 ,假设一个人从地球去到中子星,那么当他踏上表面的那一刻,就将承受 2×至3×倍的地球重力 。

中子星还有一个极其吓人的地方,那就是它的 逃逸速度 ,这个速度非常快,可达光速的一半,任何掉落到中子星表面的物质也将达到这个速度。

约束中子的是中子简并力,它同样有一个极限—— 奥本海默-沃尔可夫极限 。如果超越这个极限,它将继续朝内塌缩,最终变成我们熟悉又陌生的存在—— 黑洞 。

黑洞

黑洞是由什么东西组成的?很遗憾,这个问题就连科学家也无法解答。受到 事件视界 的限制, 黑洞的内部是一个无法被观测的存在,任何跨过边界的物质都将不可避免地朝着黑洞的中心奔去,而一旦被黑洞捕获,连光线都无法从中逃逸 。

黑洞的性质导致没有办法观测它的内部, 究竟是什么东西在它的中心?究竟是什么构成了黑洞? 这些问题恐怕只能等到未来才能被解答了。

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