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世界观察：物质密度能够大到什么程度？中子星告诉你：每立方厘米重达20亿吨

来源：科普中国

此前网络上有这样一个调侃的段子，提问的是宇宙中密度最大的三种东西，而答案当中除了有黑洞和中子星以外，竟然还出现了“新疆切糕”。不过今天咱们要聊的可不是切糕，而是神奇的“中子星”。


(资料图片仅供参考)

中子星的构想图

中子星身体力行地告诉了我们密度最大的物质能大到什么程度，每立方厘米重达20亿吨。

那么，到底什么是中子星？它又是从何而来的？如果我们靠近中子星之后会发生什么可怕的事情呢？

宇宙中的中子星构想图

神奇的中子星

宇宙中的天体千千万，中子星确实算得上是其中十分特殊的一个了，它的特殊之处不在外表，而是内在。

原来，中子星费尽力气将自己压缩成了一种极端致密的天体，它的平均密度超过了饱和核物质密度。

中子星内部物质密度分布示意图

简单来说，如果说宇宙是个巨大的健身房，各个天体都在努力“健身增肌”，那么中子星一定是里面最恐怖的“健身狂魔”，因为这家伙为了训练效果更加明显，直接对自己的体积进行了“缩水压缩”。

这种程度就相当于，把高大的珠穆朗玛峰压缩成一块放进咖啡杯的“方糖”一样。

珠穆朗玛峰是地球上最高的山峰

从目前的观测情况来看，中子星是除了黑洞以外密度最大的天体了。别看它对自己这么狠，但它实际是位老人家了，就和白矮星一样，中子星其实也是恒星步入晚年时的形态。

当然，也不是所有的恒星都有资格成为中子星，比如我们的太阳。因为这种高密度首先需要本身质量就很大，所以当恒星步入老年时质量仍然是太阳的8到20倍，才有希望成为中子星。

太阳的生命周期示意图

因此，中子星在“变身”的时候，就会将自己的内部塞满由中子组成的流体，外部则套一个固态的铁外壳，密度能达到每立方厘米20亿吨。如果我们同比例对地球进行压缩，那么地球将变成一个直径只有22米左右的天体。

所以，千万别“以貌取人”，觉得中子星看起来很小，就不把它当回事。实际上这家伙质量非常恐怖，半径为十千米的中子星质量就基本与太阳一致了。

太阳与中子星的体积大小对比图

由此可见，中子星确实证明了密度最大的物质能把自己压到什么程度。虽然它和黑洞之间还是差一些，但是依旧保持着“恒星”的面貌，做到这样已经很不容易了。

说到这儿，有人可能很疑惑，既然中子星都已经将自己压缩到如此迷你的样子了，人类到底是怎么发现它的呢？

体型超小但能量爆表的中子星

中子星的发现历程

当科学家认识到恒星并非真的“永恒”时，就猜测所有恒星走到生命终结的那一天，都会展现出不同的形态。

我们知道，恒星都诞生于星云，那些巨大的星云在引力作用之下坍缩、分裂，最终当温度达到一定临界点时，坍缩的气体被点燃，压强使得引力坍缩现象终止，恒星就在此刻诞生了。

恒星的演化历程示意图

可以看出，恒星自坍缩当中诞生，而随着其内部热核聚变对原材料的消耗，它又会随“引力坍缩”走向一生的终点。

有的恒星变成了白矮星，成为了宇宙中沉默的一颗星。有的却异常的倔强，将自己压缩成了中子星，变成了宇宙中闪耀的灯球。为什么说是灯球呢？这还得从中子星的发现历程说起。

恒星坍缩为中子星的过程示意图

1844年时，有科学家发现天狼星的伴星竟然是一颗和太阳质量相当但是很难被观测到的天体。后来根据光度和温度，确定了这是一颗白矮星。而这个白矮星的确定，在后来为科学家们打开了中子星的窗口。

资料显示，基于E. Fermi和P. Dirac所发现的费米子量子统计规律，R. Fowler提出在白矮星密度下，从原子中电离出来的大量自由电子将能够形成非常强大的兼并压，远高于白矮星温度下的热压强。

天狼星与其伴星“天狼星B”

就这样，大家意识到中子星可能存在，并且在1934年时由科学家专门在论文当中提到了中子星这个名词，表示超新星现象其实就是大质量恒星向着中子星转化过程中出现的。

说到这儿，人们虽然确定了这类宇宙致密天体存在，但是已就很难找到它。直到上世纪六十年代末，科学家发现了一种具有周期性的射电脉冲信号。他们经过研究之后确定，这是一种在宇宙当中疯狂旋转的天体发出的，并且为其命名为脉冲星。

记录着脉冲信号的纸带

需要注意的是，所有的脉冲星都属于中子星，但是中子星不一定是脉冲星，所以中子星的特征会更多一些。

不过科学家依旧在发现会发出脉冲的中子星后表现得十分激动，因为这家伙就像是舞厅里闪耀的灯球，在黑暗的宇宙中疯狂旋转。

在宇宙中快速旋转的中子星

在2010年时，天物学家宣布发现了迄今为止最大的中子星，预计其质量是太阳的两倍左右。不过它看起来还是很小的，可能就和一个城市差不多大。

由此可见，有脉冲的中子星不仅外形迷你，内核强大，还会在宇宙当中疯狂地旋转。比如此前天文学家借助欧空局发现的那颗中子星，每秒就能旋转1122圈，简直比“芭蕾舞演员”还能转。

中子星的自转现象示意图

那么，人类有机会到中子星附近亲眼目睹它是如何在宇宙中舞蹈的吗？如果我们靠近中子星会发生什么可怕的事情？

当人靠近中子星

中子星奇特的外形以及在宇宙中旋转的身姿，确实让人十分好奇，甚至生出了前往中子星看看的想法。

可是中子星其实是非常恐怖的存在，因为它表面温度非常高，能达到110万度左右，算得上是宇宙中真正的“炎王爷”了。

中子星的中心温度高达60亿度

此外由于密度非常惊人，中子星的引力也十分强大，甚至连光线在路过它附近的时候都是以“抛物线”的形式挣脱的。

可以想象，如果被中子星的引力捕获，那么下场将会有多么凄惨。而且中子星的内部压强也很恐怖，是地球标准大气压的300多万倍。

双中子星的引力波构想图

因此，当人靠近中子星的时候，就会被其恐怖的引力直接扯成碎片。并且这个距离范围可能是非常远的，在尚未察觉的时候就会被迷你的中子星拉扯到身边，变成一堆碎片。

当然，如果我们假设人在排除万难之后还是抵达中子星了，并且还登陆了，可人依旧会被中子星的表面影响，直接变成这颗恐怖星球加工自己的原材料。

中子星产生X射线辐射的示意图

就算这种影响也被假设不存在，高温也会直接把人蒸发，还能让整个肉体都融入中子星当中，成为它的一份子。

由此可见，中子星确实证明了“以貌取星”的方法在宇宙中是不适用的，因为它只是表面上看起来可爱迷你罢了，其实却有着神奇的超能力。小小的身体当中，蕴藏着巨大的能量。

神秘的中子星构想图

值得一提的是，随着科学家的不断地探索，他们认为在宇宙中可能还存在比中子星密度更大的天体。

当然这里说的不是黑洞，而是另外一种类似中子星的天体，它是“奇异物质”组成的，所以也被科学家称为奇异星。

巴西国家空间研究所的莫拉雷斯表示，“这样的星体相比普通的中子星，体积会小得多。一颗质量约相当于0.2倍太阳质量的中子星，其径大约是15公里左右；而一颗由奇异物质组成的相同质量的天体，半径大约只有不到5公里。”

“奇异星”的构想图

不过至今依旧没有确切的证据能证明在宇宙中存在这种天体，所以除了黑洞之外，中子星依旧是宇宙中密度最大的天体。

对此，你怎么看呢？欢迎来评论区留言。关注CHN九象科技，通过科普，你会发现这个世界有太多奇妙无比的事情。

关键词： 引力坍缩 太阳质量

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