天文与太空宇宙探索,什么是中子星

天文与太空：宇宙探索，什么是中子星？中子星可以说是宇宙中最奇特的物体。就像那些看似必须在生活的各个方面都表现出色的那些讨厌的朋友一样，中子星几乎在所有类别中都超过了：表面引力、磁场强度、密度、温度。美国宇航局艺术家用它的伴星（右）演绎中子星斯威夫特J.4-（左）。图片来源：NASA/戈达德太空飞行中心。“但等等，”我听到你说，“黑洞更密集！”从某种意义上说，这是真的，但我们实际上无法确定黑洞的内部结构，因为它永远隐藏在事件视界之后。具有坚硬地壳（甚至是海洋和大气层！）的中子星是我们可以观察到的最密集的固体物体，其核心的原子核密度达到几倍。一粒沙粒大小的中子星材料样本的重量与有史以来最大的海上船舶相当-超过,吨。中子星也提供了大量的极端行为，这使它们成为天体物理学家的一个引人注目的目标。然而，对于公众而言，他们似乎遭受了图像问题，缺乏我们可以直接成像的物体的视觉吸引力，或者黑洞的超凡脱俗的古怪。中子星的起源中子星被认为是由超新星爆炸形成的，它结束了中型恒星的寿命，大约是太阳质量的8到20倍。一旦其核燃料被消耗，恒星就会爆炸，将大部分材料丢失到太空中。剩下的东西坍塌成一个微小的物体（按天文标准），大约22公里，大城市的大小，但仍然是我们太阳质量的一倍半。虽然地壳主要由结晶铁组成，但这些原子不能在恒星中更深地存活，并且材料通过奇怪的“核面食”阶段（图像中的区域A，下面）转变为核心的中子流体（区域B）和C）。核心的条件不能在任何地面实验中重现，这个区域的不确定性-可能包括奇异的超子，甚至是“奇怪的夸克物质”-是研究这些物体的主要动力。中子星发出的可见光很少，因此在盲目搜索中几乎不可能发现它们。已经通过无线电脉动发现了几千个已知例子中的大多数。中子星的解剖学，图片来源：DanyPPage。像宇宙灯塔一样，来自这些脉冲星的成对无线电波束扫过整个宇宙。如果光束穿过地球，可以用地面射电望远镜检测它们，例如新南威尔士州帕克斯的Dish。最近的脉冲星PSRJ-距离我们大约光年。当然，还有更多的例子没有到达地球的光束，因此观测到的样本只占总银河群的一小部分。除了这些普通的无线电脉冲星之外，还有其他几种更有趣的风格，也有相当古怪的名字：旋转RAdio瞬态（RRAT）是带有不稳定光束的脉冲星，可以闪烁。磁棒是具有令人难以置信的强磁场的脉冲星。微类星体是脉冲星，喷射器达到相对论速度。一切都在旋转典型的脉动中子星每秒旋转一次，这对于如此庞大，密集的物体而言非常快。但如果恒星碰巧有一个正常的二元伴星（见上图），中子星可以“旋转”到旋转周期中典型洗衣机速度的十倍以上。发生这种情况的过程称为吸积。在这些物体的数千万年的生命周期中，伴星发展（并扩展）直到外层感受到中子星的引力。来自伴星的气体然后可以流到中子星上，旋转它，就像你可以用花园水管旋转自由自行车轮一样。这个过程有一些显着的副作用。落在中子星上的气体被加热到数千万度，中子星将开始在X射线而不是无线电波中发出明亮的光。这种辐射被地球大气阻挡，但可以通过卫星望远镜检测，如美国国家航空航天局和欧洲航天局（ESA）运营的望远镜。事实上，除了太阳之外，X射线天空中最亮的物体是一颗可能的中子星，ScorpiusX-1（在Scorpius星座中发现的第一个X射线源），它曾经是它的大规模捐赠伴侣的轨道每19个小时。发生融合通过吸积过程聚集在中子星表面的气体很可能类似于我们自己的太阳-主要是氢和氦的成分，其中几乎有其他元素。中子星的巨大引力，比地球强几千亿倍，将压缩和加热气体，在几小时或几天后导致核聚变发生。但是这种燃烧并不像太阳那样明星。相反，燃烧是不稳定的，并在几秒钟内完成，以完全吞没中子星的表面，耗尽所有积累的燃料，并在整个星系中产生可见的X射线爆发。自第一批X射线望远镜于20世纪60年代发射以来，已在大约个系统中观察到这些爆发。每隔几小时到几天发生一次（取决于吸积率），它们是迄今为止宇宙中最常见的热核爆炸。当然，同伴的天然气供应最终会耗尽。当发生这种情况时，中子星可能重新发挥其作为无线电脉冲星的作用，尽管现在每秒旋转数百次。目前的记录保持者PSRJ-ad每秒旋转次！但即使中子星也不能永远保持活跃。最终，自旋能量将消散，并且没有伴随它回收它，脉冲星将越过死亡线，超过该死亡线就不再能够检测到它。在那之后，中子星将逐渐冷却直到时间结束。在此之前，中子星将继续作为在极端密度和温度下研究物质的非凡实验室。

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