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中子星
除黑洞外密度最大的星體
基本簡介
中子星簡介
非常靠近地球的中子
白矮星被壓縮成中子星的過程中恒星遭受劇烈的壓縮使其組成物質(zhì)中的電子并入質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子，直徑大約只有十余公里，但上頭一立方厘米的物質(zhì)便可重達十億噸，且旋轉(zhuǎn)速度極快，而由于其磁軸和自轉(zhuǎn)軸并不重合，磁場旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的無線電波可能會以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又譯作波霎。
中子星的密度為10的11次方千克/立方厘米，也就是每立方厘米的質(zhì)量竟為一億噸之巨。中子星是除黑洞外密度最大的星體，是20世紀60年代最重大的發(fā)現(xiàn)之一。
中子星起源
中子星的密度為每立方厘米8^14~10^15克，相當于每立方厘米重1億噸以上。此密度也就是原子核的密度，是水的密度的一百萬億倍。對比起白矮星的幾十噸/立方厘米，后者似乎又不值一提了。如果把地球壓縮成這樣，地球的直徑將只有22米!事實上，中子星的密度是如此之大，半徑十公里的中子星的質(zhì)量就與太陽的質(zhì)量相當了。
同白矮星一樣，中子星是處于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恒星，其質(zhì)量更大罷了。根據(jù)科學家的計算，當老年恒星的質(zhì)量為太陽質(zhì)量的約8~2、30倍時，它就有可能最后變?yōu)橐活w中子星，而質(zhì)量小于8個太陽的恒星往往只能變化為一顆白矮星。但是，中子星與白矮星的區(qū)別，不只是生成它們的恒星質(zhì)量不同。它們的物質(zhì)存在狀態(tài)是完全不同的。
簡單地說，白矮星的密度雖然大，但還在正常物質(zhì)結構能達到的最大密度范圍內(nèi)：電子還是電子，原子核還是原子核，原子結構完整。而在中子星里，壓力是如此之大，白矮星中的電子簡并壓再也承受不起了：電子被壓縮到原子核中，同質(zhì)子中和為中子，使原子變得僅由中子組成，中子簡并壓支撐住了中子星，阻止它進一步壓縮。而整個中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的。可以這樣說，中子星就是一個巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的質(zhì)量非常大以至于巨大的引力讓光線都是呈拋物線掙脫。
在形成的過程中，中子星同白矮星是非常類似的。當恒星外殼向外膨脹時，它的核受反作用力而收縮。核在巨大的壓力和由此產(chǎn)生的高溫下發(fā)生一系列復雜的物理變化，最后形成一顆中子星內(nèi)核。而整個恒星將以一次極為壯觀的爆炸來了結自己的生命。這就是天文學中著名的“超新星爆發(fā)”。
中子星，是恒星演化到末期，經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆炸之后，可能成為的少數(shù)終點之一。恒星在核心的氫、氦、碳等元素于核聚變反應中耗盡，當它們最終轉(zhuǎn)變成鐵元素時便無法從核聚變中獲得能量。
磁場旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的無線電波等各種輻射可能會以一明一滅的方式傳到地球，有如人眨眼，故又稱作脈沖星。
一顆典型的中子星質(zhì)量介于太陽質(zhì)量的1.35到2.1倍，半徑則在10至20公里之間（質(zhì)量越大半徑收縮得越大），也就是太陽半徑的30,000至70,000分之一。因此，中子星的密度在每立方厘米克至克間，此密度大約是原子核的密度。致密恒星的質(zhì)量低于1.44倍太陽質(zhì)量，則可能是白矮星，但質(zhì)量大于錢德拉塞卡極限（1.5-3.0倍太陽質(zhì)量）的中子星會繼續(xù)發(fā)生引力坍縮，則無可避免的將產(chǎn)生黑洞。
由于中子星保留了母恒星大部分的角動量，但半徑只是母恒星極微小的量，轉(zhuǎn)動慣量的減少導致了轉(zhuǎn)速迅速的遞加，產(chǎn)生非常高的自轉(zhuǎn)速率，周期從毫秒脈沖星的700分之一秒到30秒都有。中子星的高密度也使它有強大的表面重力，強度是地球的到倍。逃逸速度是將物體由重力場移動至無窮遠的距離所需要的速度，是測量重力的一項指標。
歷史的發(fā)現(xiàn)
中子星-內(nèi)部結構模型圖
1934年，美國威爾遜山天文臺工作的沃爾特·巴德和弗里茨·茲威基發(fā)表文章稱，中子簡并壓力能夠支持質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限的恒星，預言了中子星的存在。為尋找超新星爆炸的解釋，他們提議中子星是超新星爆炸后的產(chǎn)物。超新星是突然出現(xiàn)在天空中的垂死恒星，在出現(xiàn)后的幾天或整個星期內(nèi)，在可見光的亮度上可以超越整個星系。巴德和茨威基正確的解釋產(chǎn)生中子星時釋放出的重力束縛能能量供給了超新星的能量：“在超新星形成的過程中大量的質(zhì)量被湮滅”。如果在中心的大質(zhì)量恒星在他崩潰之前的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的3倍，那么在中心可能形成一顆2倍太陽質(zhì)量的中子星。被釋放出來的束縛能（E=mc2）相當于一個太陽的質(zhì)量全數(shù)轉(zhuǎn)化成能量，這足以作為超新星最后的能量來源。
第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前不久，美國物理學家羅伯特·奧本海默和沃爾科夫提出了系統(tǒng)的中子星理論，認為在質(zhì)量與太陽相似的恒星內(nèi)部可以達到簡并中子的流體靜力學平衡，但是并沒有引起天文學界的重視。
1967年，劍橋大學卡文迪許實驗室的喬絲琳·貝爾和安東尼·休伊什發(fā)現(xiàn)了有規(guī)律的無線電脈沖，隨后被推斷來自于旋轉(zhuǎn)中的中子星，而且極大數(shù)量的中子星都屬于此類。
1968年有人提出脈沖星是快速旋轉(zhuǎn)的中子星。
1971年，里卡爾多·賈科尼等人發(fā)現(xiàn)半人馬座的X射線源半人馬座X-3具有4.8秒的周期，他們解釋這是一顆炙熱的中子星環(huán)繞者另一顆恒星的結果，能量來源是持續(xù)不斷掉落至中子星表面的氣體釋放出的引力勢能。這是第一顆證認的X射線雙星。
在1974年，安東尼·休伊什因為在脈沖星的發(fā)現(xiàn)上所扮演的角色而獲得諾貝爾物理學獎，但是共同的發(fā)現(xiàn)者SamuelOkoye和喬絲琳·貝爾并未一同獲獎。
2007年天文學家借助歐洲航空局(ESA)的珈馬射線天文望遠鏡(Integral)，發(fā)現(xiàn)了迄今旋轉(zhuǎn)速度最快的中子星。這顆中子星編號為XTEJ1739-285，每秒鐘可沿自己的軸線旋轉(zhuǎn)1122圈。按照地球的概念轉(zhuǎn)一圈一天的話，在這個中子星上一秒鐘可以經(jīng)過3年多。這個發(fā)現(xiàn)推翻了原來認為的每秒700圈的星體轉(zhuǎn)速極限。
這顆中子星的直徑約10公里,但質(zhì)量卻與太陽相近,其密度驚人,高達每立方厘米1億噸。其巨大的引力從臨近的恒星上不斷奪取大量炙熱氣體,并不斷誘發(fā)熱核爆炸。
這顆名為PSRJ1614-223的中子星的大小與一個小城市差不多，相對而言并不算是一個大的星球，但其密度卻是驚人的高，它上面很少量一點物質(zhì)的質(zhì)量就高達5億噸！
2022年9月24日，據(jù)環(huán)球Tech消息，LAMOST黑洞獵手計劃研究團隊利用郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球大約1037光年、處于雙星系統(tǒng)中的寧靜態(tài)中子星。
中子星的前身
中子星的前身一般是一顆質(zhì)量為10-29倍太陽質(zhì)量的恒星。它在爆發(fā)坍縮過程中產(chǎn)生的巨大壓力，使它的物質(zhì)結構發(fā)生巨大的變化。在這種情況下，不僅原子的外殼被壓破了，而且連原子核也被壓破了。原子核中的質(zhì)子和中子便被擠出來，質(zhì)子和電子擠到一起又結合成中子。最后，所有的中子擠在一起，形成了中子星。顯然，中子星的密度，即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。在中子星上，每立方厘米物質(zhì)足足有一億噸重甚至達到十億噸。
當發(fā)射電波的那部分對著地球時，我們就收到電波；當這部分隨著星體的轉(zhuǎn)動而偏轉(zhuǎn)時，我們就收不到電波。所以，我們收到的電波是間歇的。這種現(xiàn)象又稱為“燈塔效應”。
演化狀態(tài)
中子星并不是恒星的最終狀態(tài)，它還要進一步演化。由于它溫度很高，能量消耗也很快，因此，它通過減慢自轉(zhuǎn)以消耗角動量維持光度。當它的角動量消耗完以后，中子星將變成不發(fā)光的黑矮星。
中子星的性質(zhì)
作為一顆中子星，中子星具有許多非常獨特的性質(zhì)，這些性質(zhì)使我們大開眼界。因為，它們都是在地球?qū)嶒炇抑杏肋h也無法達到的，從而使我們更加深入地認識到恒星的一些本質(zhì)。概括起來說，這些性質(zhì)是：
大小
一個典型中子星的半徑只有10千米左右。中子星外部是一個固態(tài)的鐵的外殼，大約厚1千米，密度在10^11~10^14克/立方厘米之間；內(nèi)部幾乎完全是中子組成的流體，密度為10^14~10^15克/立方厘米。
密度
密度很大。密度一般用1立方厘米有多少克來表示，水的密度是每立方厘米重1克，鐵是7.9克，汞是13.6克。如果我們從脈沖星上面取下1立方厘米物質(zhì)，稱一下，它可重1億噸以上、甚至達到10億噸。假定我們地球的密度也達到這種聞所未聞的驚人程度的話，那它的平均半徑就不是6371公里，而只有22米！
溫度
中子星形成的初期，它的冷卻是經(jīng)過所謂的烏卡（URCA)過程，內(nèi)部的溫度降到1億K時，烏卡過程就停止了，其它的中微子過程繼續(xù)主導冷卻。1000年后冷卻由光輻射主導。此后大約1萬年的時間里，表面溫度一直維持在K左右。
磁場
特別強的磁場。在地球上，地球磁極的磁場強度最大，但也只有0．7Gs（高斯是磁場強度的單位,1Gs=T）。太陽黑子的磁場更是強得不得了，約1000～4000Gs。而大多數(shù)脈沖星表面極區(qū)的磁場強度就高達10000億Gs，甚至20萬億Gs。
脈沖星都是我們銀河系內(nèi)的天體，距離一般都是幾千光年，最遠的達55000光年左右。根據(jù)一些學者的估計，銀河系內(nèi)中子星的總數(shù)至少應該在20萬顆以上，到80年代末，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的還不到估計數(shù)的千分之五。今后的觀測、研究任務還很艱巨。
中子星從發(fā)現(xiàn)至今，只有短短二三十年的時間，盡管如此，不論在推動天體演化的研究方面，在促進物質(zhì)在極端條件下的物理過程和變化規(guī)律的研究方面，它已經(jīng)為科學家們提供了非常豐富而不可多得的觀測資料，作出了貢獻。同時，它也在這個新開拓的領域內(nèi)，向人們提出了一連串的問題和難解的謎。
能量輻射
中子星的能量輻射是太陽的100萬倍。按照世界上的用電情況。它在一秒鐘內(nèi)輻射的總能量若全部轉(zhuǎn)化為電能，就夠我們地球用上幾十億年。
結構
研究價值
引力波研究
北京時間2017年10月16日22點，美國國家科學基金會召開新聞發(fā)布會，宣布激光干涉引力波天文臺（LIGO）和室女座引力波天文臺（Virgo）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國際引力波電磁對應體觀測聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)了該引力波事件的電磁對應體。
重金屬元素的來源
長期以來普遍認為普通的元素如氧和碳，是在將近死亡的恒星爆炸變成新星時生成的，但是研究學者們感到困惑的是，數(shù)據(jù)顯示這些恒星爆炸不能產(chǎn)生像在地球上這樣大量存在的重金屬元素。來自英國萊瑟斯特大學和瑞士巴塞爾大學的這些科學家們相信，答案存在于稀有的中子星對上。
中子星是生成新型的大恒星的超高密度的內(nèi)核，它們所包含的物質(zhì)有我們的太陽那么多，但只有大約一座城市那么大。有時會發(fā)現(xiàn)兩顆中子星互相繞對方沿軌道旋轉(zhuǎn)，這是雙星系的遺留物，在我們的銀河系中已知有4對。科學家們使用了在英國倫敦以北100英里的萊瑟斯特天體物理流體設備的超級計算機做模擬，如果使它們慢慢旋轉(zhuǎn)著靠近發(fā)生爆炸，這樣巨大的引力會造成什么結果。
進行一次這樣的計算要耗費超級計算機幾個星期的時間，而這只是在兩個星球的一生中最后幾個毫秒中發(fā)生的事情。結果顯示，當中子星靠近時，巨大的力量將它們劈開，釋放出足夠的能量，可以將整個宇宙照亮幾個毫秒。這個碰撞更可能是產(chǎn)生一個黑洞——空間中吞沒光的裂口——并在發(fā)生核反應時噴射出灰，把質(zhì)子射入輕元素的原子核而生成重元素。噴發(fā)出的物質(zhì)和恒星間的氣體和灰塵相混合、碰撞，構成了新的一代星體，慢慢使重金屬散布在銀河系中。
在宇宙中出現(xiàn)這種罕見的現(xiàn)象的幾率大約是一百億年以上，這和我們在已有五十億年壽命的太陽系中對元素光譜所做的分析結果相符，為這種理論提供了有力的證據(jù)。令人驚奇的是所做的模型產(chǎn)生出的元素的數(shù)量和宇宙非常非常接近，它部分回答了我們的世界從何而來這個問題。
中子星性質(zhì)
中國科學院近代物理研究所原子核質(zhì)量測量團隊與合作者基于蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)，利用國際首創(chuàng)的新型質(zhì)譜術，精確測量了一批關鍵原子核的質(zhì)量，研究了中子星表面的X射線暴，從新的角度約束了中子星的性質(zhì)。相關結果于北京5月1日發(fā)表在《自然—物理》(Nature Physics) 上。
天文信息
天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)了迄今轉(zhuǎn)速最快的中子星，每秒旋轉(zhuǎn)1122圈，比地球自轉(zhuǎn)快1億倍。最先觀測到這顆星的西班牙天文學家?guī)炜死照f，早在1999年便已發(fā)現(xiàn)了這顆代號為J1739-285的中子星，但不久前才通過望遠鏡算出它的轉(zhuǎn)速。這顆中子星的直徑約10千米。
天文學家正是通過這種現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了它。此前的中子星自轉(zhuǎn)紀錄是每秒716圈，恒星轉(zhuǎn)速一般在每秒270-715圈。700圈曾被認為是天體旋轉(zhuǎn)極限，按當今的物理學理論，轉(zhuǎn)速超過此極限，恒星將被強大向心力摧毀或化為黑洞。但最新發(fā)現(xiàn)否定了這一看法。理論上，每秒1122轉(zhuǎn)并不是旋轉(zhuǎn)極限，大型中子星轉(zhuǎn)速有可能高達3000轉(zhuǎn)。令天文學家困惑的是，為什么天體在高速旋轉(zhuǎn)的強大離心力下，卻依舊會不斷收縮，而且不損失自身物質(zhì)。
發(fā)現(xiàn)脈沖星
1967年10月，劍橋大學卡文迪許實驗室的安東尼·休伊什教授的研究生——24歲的喬絲琳·貝爾檢測射電望遠鏡收到的信號時無意中發(fā)現(xiàn)了一些有規(guī)律的脈沖信號，它們的周期十分穩(wěn)定，為1.337秒。起初她以為這是外星人“小綠人（LGM）”發(fā)來的信號，但在接下來不到半年的時間里，又陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)個這樣的脈沖信號。后來人們確認這是一類新的天體，并把它命名為脈沖星(Pulsar，又稱波霎)。脈沖星與類星體、宇宙微波背景輻射、星際有機分子一道，并稱為20世紀60年代天文學“四大發(fā)現(xiàn)”。
然而，榮譽出現(xiàn)了歸屬爭議。1974年諾貝爾物理學獎桂冠只戴在導師休伊什的頭上，完全忽略了學生貝爾的貢獻，輿論一片嘩然。英國著名天文學家霍伊爾爵士在倫敦《泰晤士報》發(fā)表談話，他認為，貝爾應同休伊什共享諾貝爾獎，并對諾貝爾獎委員會授獎前的調(diào)查工作欠周密提出了批評，甚至認為此事件是諾貝爾獎歷史上一樁丑聞、性別歧視案。霍伊爾還認為，貝爾的發(fā)現(xiàn)是非常重要的，但她的導師竟把這一發(fā)現(xiàn)扣壓半年，從客觀上講就是一種盜竊。更有學者指出，“貝爾小姐作出的卓越發(fā)現(xiàn)，讓她的導師休伊什贏得了諾貝爾物理獎”。著名天文學家曼徹斯特和泰勒所著《脈沖星》一書的扉頁上寫道：“獻給喬瑟琳·貝爾，沒有她的聰明和執(zhí)著，我們不能獲得脈沖星的喜悅。”關于脈沖星真正發(fā)現(xiàn)者的爭論和對諾貝爾獎委員會的質(zhì)疑，已經(jīng)歷了40年。40年后的今天，它再次成為關注話題。回首往事，作為導師的休伊什獲得了諾貝爾獎，無可厚非，但貝爾失去殊榮，卻令人感到惋惜。如果沒有貝爾對“干擾”信號一絲不茍的追究，他們可能錯過脈沖星的發(fā)現(xiàn)。若把諾貝爾獎“競賽”比作科學“奧運會”，那么，40年前的“裁判”們顯然吹了“黑哨”，至少是誤判，這玷污了諾貝爾獎的科學公正權威性。
貝爾訪問北京期間，筆者與她談起脈沖星的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷和對諾貝爾獎的看法。1993年，兩位美國天文學家因發(fā)現(xiàn)脈沖星雙星而榮獲諾貝爾獎時，諾貝爾獎委員會格外精心，邀請貝爾參加了頒獎儀式，算是一種補償吧。1968年，離開劍橋后，她和休伊什沒有再合作，直到上世紀80年代，他們才在一次國際會議上相見，并握手言和。脈沖星發(fā)現(xiàn)以來，除了諾貝爾獎，她榮獲了十幾項世界級科學獎，并成為科學大使。
與脈沖星區(qū)別
所有的脈沖星都是高速自轉(zhuǎn)的中子星，也就是說脈沖星是中子星的一種，但中子星不全是脈沖星，我們要收到脈沖信號才算。中子星具有強磁場，運動的帶電粒子發(fā)出同步輻射，形成與中子星一起轉(zhuǎn)動的射電波束。由于中子星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸一般并不重合，每當射電波束掃過地球時，就接收到一個脈沖。這時這顆中子星也叫脈沖星。脈沖星是本世紀60年代四大天文發(fā)現(xiàn)之一(其他三個是：類星體、星際有機分子、宇宙3K微波輻射)。因為它不停地發(fā)出無線電脈沖，而且兩個脈沖之間的間隔(脈沖周期)十分穩(wěn)定，準確度可以與原子鐘媲美。各種脈沖星的周期不同，長的可達4.3秒，短的只有0.3秒，甚至毫秒級。
中子星一邊自轉(zhuǎn)一邊發(fā)射像電子束一樣的電脈沖。該電脈沖像燈塔發(fā)出的光一樣，以一定的時間隔掠過地球。當它正好掠過地球時，我們就可以測定它的有關數(shù)值。
脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，但并不是所有的中子星都是脈沖星。因為當中子星的輻射束不掃過地球時，我們就接收不到脈沖信號，此時中子星就不表現(xiàn)為脈沖星了。
中子星和黑洞
中子星和黑洞是宇宙中密度和引力最強大的兩類頗具神秘感的天體。光是中子星就已經(jīng)夠不可思議了，偏偏還要添上黑洞。它是宇宙中的死亡陷阱和無底深淵，沒有物質(zhì)能擺脫它的強大引力，包括光線。在它附近，今天的所有物理定律都顯得不適用了。
恒星末期
我們知道，當恒星走完其漫長的一生后，小質(zhì)量和中等質(zhì)量的恒星將成為一顆白矮星，大質(zhì)量和超大質(zhì)量的恒星則會導致一次超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)后恒星如何演變將取決于剩下星核的質(zhì)量。印度天體物理學家昌德拉塞卡于上世紀三十年代末發(fā)現(xiàn)，當留下的星核質(zhì)量達到太陽的一點四倍時，其引力將大到足以把星核內(nèi)的原子壓縮到使電子和質(zhì)子結合成中子的程度。此時這顆星核就成了一顆中子星，其密度相當于把一個半太陽的質(zhì)量塞進直徑約二十四公里的一個核內(nèi)。
人馬座A(NGC5128)星系中心的塵埃盤，其中有一個巨大的超級黑洞。(HST)
中子星面積
中子星的面積為約30---300平方千米，地球5.1億平方千米，地球面積是中子星的約170-1700萬倍。
中子星形成
中子星的前身一般是一顆質(zhì)量比太陽大的恒星。每立方厘米物質(zhì)足足有10億噸重。當恒星收縮為中子星后，自轉(zhuǎn)就會加快，能達到每秒幾圈到幾十圈。同時，收縮使中子星成為一塊極強的“磁鐵”，這塊“磁鐵”在它的某一部分向外發(fā)射出電波。當它快速自轉(zhuǎn)時，就像燈塔上的探照燈那樣，有規(guī)律地不斷向地球掃射電波。
可測的中子星
X-射線爆發(fā)
中子星與低質(zhì)量恒星共同組成的聯(lián)星，在質(zhì)量吸積的過程中會造成中子星表面不規(guī)則的能量爆發(fā)。
史瓦西半徑
超新星爆發(fā)后，如果星核的質(zhì)量超過了太陽質(zhì)量的兩至三倍，那它將繼續(xù)坍縮，最后成為一個體積無限小而密度無窮大的奇點，從人們的視線中消失。圍繞著這個奇點的是一個“無法返回”的區(qū)域，這個區(qū)域的邊界稱為“視野”或“事件地平”，區(qū)域的半徑叫做“史瓦西半徑”。任何進入這個區(qū)域的物質(zhì)，包括光線，都無法擺脫這個奇點的巨大引力而逃逸，它們就像掉進了一個無底深淵，永遠不可能返回。
與黑洞相遇
在兩者相距200~300億公里時，中子星表層物質(zhì)發(fā)生不穩(wěn)定，磁場有明顯的異常波動。當兩者相距達到100億公里時，中子星的外物質(zhì)便會飛逸而出，并在黑洞周邊高速環(huán)繞，之后中子星便向黑洞“奇點”做螺旋形下墜運動。當?shù)?0億公里時，黑洞和中子星的磁場劇烈碰撞，并放出大量電子和光，之后中子星的能量便會慢慢消耗，而后被黑洞吞沒，其時間依據(jù)中子星的體積而論，但一般不會超過6個小時。
中子星結構
中子星外殼
結構圖
中子星特征
中子星質(zhì)量
中子星半徑
中子星半徑的典型值約為10公里。
中子星密度
中子星磁場
中子星另一個重要特征是存在強度極高的磁場，超過10的12次方高斯，它使表層的鐵聚合成長長的鐵原子鏈：每個原子都被壓縮并沿磁場被拉長，而且首尾相接，形成從表面向外伸出的“須狀物”。在表面以下，由于壓力太高，單個原子不能存在。它使中子星沿著磁極方向發(fā)射束狀無線電波（射電波）。中子星自轉(zhuǎn)非常快，能達到每秒幾百轉(zhuǎn)。中子星的磁極與兩極通常不吻合，所以如果中子星的磁極恰好朝向地球，那么隨著自轉(zhuǎn)，中子星發(fā)出的射電波束就會象一座旋轉(zhuǎn)的燈塔那樣一次次掃過地球，形成射電脈沖。人們又稱這樣的天體為“脈沖星”。1967年發(fā)現(xiàn)了脈沖星，首次證明了中子星的存在。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)1620多顆脈沖星，普遍認為它們就是旋轉(zhuǎn)的中子星。蟹狀星云脈沖星和船帆座脈沖星的脈沖周期極短，說明它們不可能是白矮星。據(jù)認為，脈沖星是由于它們的旋轉(zhuǎn)和強磁場而產(chǎn)生的一種電動力學現(xiàn)象，就像發(fā)電機的情況一樣。另有證據(jù)表明，某些雙星X射線源也包含著中子星，它們似乎是由于壓縮從伴星吸積到它們表面上的物質(zhì)而發(fā)出X射線的。中子星據(jù)信是超新星爆發(fā)形成的，在該過程中，隨著核心密度增至10趵15次方/立方厘米，中子壓力便會頂住中心核的坍縮。若坍縮中心核的質(zhì)量超過太陽質(zhì)量的2倍，則不能形成中子星而可能變成黑洞。
反常中子星
爆發(fā)時的變化
中子星
在重力的吸引下，中子星上面會形成一個10至100米厚的堆積層。堆積層主要由氦構成，在溫度及壓力的作用下，這些堆積層會發(fā)生核聚變。當氦聚變為碳或其它重物質(zhì)時，會釋放出大量能量及強烈的X射線。在中子星上這種爆發(fā)通常每天都會發(fā)生幾次，每次會持續(xù)幾秒。但此次觀測到的是4U1820－30的一次超級爆發(fā)，它釋放出比正常爆發(fā)多幾千倍的能量。科學家認為在氦聚變時會積累下以碳為主的核灰塵，而超級爆發(fā)是由核灰塵引起的，炭灰塵積累幾年后才會引起聚變。
中子星超級爆發(fā)時，就像閃光燈在表面閃亮，照到它的吸積盤的內(nèi)部地區(qū)。中子星爆發(fā)發(fā)出的X射線照射到吸積盤中的鐵原子，發(fā)出X射線熒光。羅希X射線時變探測器每隔幾秒鐘就可以觀測一次鐵原子X射線熒光的光譜，由此可確定鐵原子的溫度、速率及在中子星周圍的位置，通過把這些信息累加起來，就可以知道中子星爆發(fā)時吸積盤的變化情況。
由于4U1820－30的這次罕有的爆發(fā)釋放了巨大的能量，在3小時內(nèi)釋放的能量超過太陽在100年中釋放的能量，照亮了它的吸積盤的最內(nèi)部的區(qū)域，使科學家們能觀察以前見不到的細節(jié)。他們在大約1000秒的時間內(nèi)，看到了距中子星表面約10英里的氣體圍繞中子星流動及回復到原有狀態(tài)的細節(jié)。
碰撞爆炸產(chǎn)物
美國哈佛－史密森天體物理學中心研究人員說，2013年6月，他們借助美國航天局SWIFT衛(wèi)星，觀測到一次伽馬射線暴。這一代號為GRB 130603B的伽馬射線暴距地球約39億光年，持續(xù)時間不到0.2秒，但其紅外線余暉卻持續(xù)數(shù)天時間。
研究人員解釋說，中子星碰撞后會噴射出富含中子的物質(zhì)，這些物質(zhì)產(chǎn)生的放射性元素在衰變時就會發(fā)出這種紅外線余暉。結合宇宙大爆炸以來可能發(fā)生的中子星碰撞爆炸數(shù)量以及一次伽馬射線暴可能產(chǎn)生的金子數(shù)量，研究人員發(fā)現(xiàn)，宇宙中的金子可能全部來自這種伽馬射線暴。
2021年，根據(jù)《天體物理學雜志快報》6月29日刊登的一篇論文，來自美國、日本和歐洲的國際研究團隊首次明確證實了黑洞和中子星的碰撞。
參考資料
[1]
知識人 中子星 2007-04-22[引用日期2009-12-20]
[2]
人類首次證實黑洞與中子星碰撞 · 西瓜[引用日期2021-06-30]
[3]
我國天文學家利用郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)一顆寧靜態(tài)中子星 · 今日頭條-環(huán)球Tech[引用日期2022-09-25]
[4]
國際最新研究發(fā)現(xiàn)一顆“輕盈”中子星 或為“奇異星” · 今日頭條[引用日期2022-10-26]
[5]
宇宙級別的完美爆炸 距地球1億多光年千新星球形爆炸 · 中新網(wǎng)[引用日期2023-02-16]
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