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中子星是如何产生的?
中子星其实是恒星演变过程中的产物,具体来是说是8倍太阳质量的特大质量恒星在演化过程中的其中一种可能的结果。
我们都知道恒星是通过核聚变反应来燃烧的,其实这就好比火炉,只不过火炉是烧炭的,而恒星由于自身温度极其高烧的是原子核。比如:太阳核心就有万度。因此,恒星是一个等离子体,其中的原子核和电子并没有构成温度的原子,而是到底出乱窜,各玩各的,而核聚变主要是在原子核之间进行。
宇宙中含量最高的是氢和氦,其余的元素还不足1%,尤其是氢尤其,恒星通常主要由氢构成,而氢的核反应条件还比氦的核反应条件简单得多。因此,恒星会先烧氢原子核,然后烧完氢原子之后,如果质量够大,还能继续烧氦,烧完氦之后,如果质量还够大,就会继续烧碳和氧,一直顺着元素周期表往下进行。
最终,核心进行的核聚变反应是生成铁原子核的,而铁原子核十分稳定,其他原子核核聚变都是释放能量,而铁的核聚变需要大量的能量才能发生,放出的能量还比输入的能量少,也就是入不敷出了,所以铁原子核的核聚变的核聚变反应并不容易进行,我们把这个叫做比结合能很大。
我们一直都是把视角聚焦在恒星的整体,如果此时我们把镜头往回来,其实这个时候的恒星是非常臃肿的,不仅如此,恒星还会像洋葱头一样,由于内核的温度极其高,导致外层的温度也很高,而外层那些没有消耗低的原子核也会发生核聚变反应。
如果恒星的质量依然还足够大,光子就会进入到铁原子核内部,把铁原子击碎,质子和中子就开始游离于恒星的内核当中,只有的质子遇到电子就会生成中微子和中子。此时,就会发生超级劲爆的超新星爆炸。这种类型的超新星爆炸特别猛烈。一般亮度可以媲美一个星系。
超新星爆炸过程中,恒星把自身的物质抛洒到了太空当中,只留一下一个内核。如果这时候内核大于1.44倍太阳质量,小于3倍太阳质量。那么,中子就会在太阳的作用下,逐渐形成中子星。
中子星为什么那么重?
实际上,中子星还真的不是重,它要比许多恒星的质量还要低一些,它的可怕之处在于自身的密度特别大,它的密度达到了8*10^(13)克到2*10^(15)克。一颗典型的中子星的半径大概也就只有10~20公里,而质量介于1.35倍~2.1倍太阳质量。两者仅仅半径就相差了倍~倍。所以,中子星属于那种质量超级大,而个头又极其小的,这才导致密度特别大。
那么为什么中子星的密度都会很非常大呢?
这要从原子结构说起,大多数人认为原子当中原子核和电子的构成就像下面这样:
实际上,并不是这样,关于原子的结构到底是什么样子的,科学家们研究了很久很久,经历多带科学家的努力,终于搞得差不多明白了。
按照目前的理论,原子是由原子核和电子构成的,而电子在原子核外呈现的是概率云的分布。但这里和我们要讲的关系比较的是原子核的大小,这其实是卢瑟福搞清楚的,他用α粒子轰击金箔,结果大多数都穿了过去,只有机器少数是有偏折角的。
按照这个实验的结果,我们就可以得到一个结果,那就是原子核的大小远比我们想象中的要小得多,连原子的1%都不到,但却拥有99%以上的质量。
如果把原子比喻成一个足球场,那原子核只有一只蚂蚁那么大。于是,而原子核内部还有中子和质子。
他们被介子传递的核力束缚在一定的范围内,所以中子其实是比原子核还要小得多的存在。中子星说白了就是由中子构成的天体,也就是说,原本特别广阔的原子内部的空间在中子星中是不存在的,这才使得中子的密度可以达到非常恐怖的尺度,一勺中子星就可以达到数亿吨的水平,如果我们把地球压缩成中子星的密度水平,那压缩后的地球半径只有11米。