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直径只有10公里,质量相当于33万颗地球,中子星有多可怕?

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宇宙观察者 2021-08-01 20:04

地球最高峰,是海拔8848.86米的珠穆朗玛峰,太阳系最高峰,是火星上21000米高的奥林匹斯山。

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但在中子星上,山峰的高度最多只能到一毫米,再高的话就会被自身质量压垮,因为中子星的引力在宇宙中仅次于黑洞。

和地球这样直接由岩石和金属组成的星球不同,中子星,以及它的小弟白矮星,并不是直接在宇宙中诞生的,严格意义上来说,它们其实是恒星的残骸。

举例来说

太阳这类中等质量恒星,往往只有100亿年寿命,在生命的最后时刻它会经历一次爆炸,外壳会崩溃扩散成一团行星状星云,而内核则会因为过去数百亿年间的重元素累积,变成一颗每立方米质量高达1000万吨的白矮星。

但在宇宙中,白矮星还只是密度第三大的天体,排在它前面的是中子星,是由1.4倍太阳质量以上的恒星,在晚年经历超新星爆发后坍塌而成的。

和白矮星由原子核与原子核紧密排列组合不同,中子星的引力已经强大到能压碎原子核的程度了,因此在中子星上所有物质都经历过一次破碎,而后才重组成了中子。

理论上来说,由于中子还能细分成夸克,所以宇宙中应该还存在质量比中子星更大,体积比中子星更小的夸克星。

但考虑到中子星直径才几十公里,夸克星的直径恐怕只有几千米甚至几百米了,天文学家想在茫茫宇宙中寻找一颗直径只有几百米的天体,还是非常困难的。

回到中子星上来

一颗典型的中子星直径只有10公里,但质量却相当于1颗太阳,或者33万颗地球,《三体》中摧毁人类舰队的“水滴”表面绝对光滑,硬度高到让太阳系所有物质和它对撞都是以卵击石,因此它一开始曾被认为是由中子星物质构成的。

在现实宇宙里,中子星表面虽然也很光滑,但并不是“绝对光滑”,天体物理学家认为中子星表面也有“山峦起伏”,只不过受限于超强的引力,中子星上的山最高只能有一毫米,再高的话就会被自身的质量压垮。

但地球上的山的地质运动的结果,中子星上的山又是怎么诞生的呢?

对于一个直径十公里,质量接近太阳,自转速度达到2000转/秒的中子星来说,它的赤道线速度几乎达到了光速的一半,也就是每秒15万公里。

正是这种达到准相对论速度的自转水平,让中子排列而成的中子星表面,被离心力甩出了畸变,产生了微小起伏的毫米级山脉。

除了因高速自转而产生的山脉外,中子星还在凭借着其巨大的质量释放引力波信号,人类目前为止探测到的引力波,基本上都是由中子星和黑洞引起的。

在爱因斯坦的广义相对论中,引力波是最后一种被人类探测到的宇宙现象,因为宇宙时空虽然能被大质量天体扭曲,但想要产生能被人类探测到的引力波信号,就必须有两颗大质量天体互相绕彼此近距离公转才行,只有这样时空结构才能被剧烈扰动,以光速发出足以传播到整个宇宙的引力波信号。

从未来宇宙航行的角度来看,遍布宇宙各个角落,且寿命近乎无限的中子星们,完全能成为宇宙航行的信标,因为它们发射的周期性电脉冲信号也很显眼,上个世纪刚被发现时,都被认为是外星文明的信号,后来才意识到是中子星引起的。

受到脉冲星周期性的启发,旅行者系列探测器上的镀金圆盘唱片,就标记出了地球相对于周围若干颗脉冲星的相对位置,因此期望未来外星文明捕获这两架探测器后,能根据脉冲星定位找到地球的位置。

不过直到今天,旅行者一号和二号探测器也没飞出太阳系,至少还要再飞3万年,它们才能进入真正意义上的宇宙空间。

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