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參考答案:中子星
一种据认为主要由中子构成、密度极高的恒星。
中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了。根据科学家的计算,当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
典型中子星的直径为20公里,质量约等于太阳的质量。因此,它们的密度极高,约为水的10的14次方倍,大体相当于原子核内部的密度。在某种程度上,中子星可以认为是由其自身引力吸在一起的巨核。在密度最大的中心处,物质据信主要是超子和介子。在中介层则多为中子,而且可能处于“超流”状态。尽管温度可能达到百万度的高温,最外面的1000米还是固体的。外壳由各种原子核组成的点阵结构和简并的自由电子气所组成。外壳内是一层主要由中子组成的流体,在这层中还有少量的质子、电子和μ介子。
对于中子星内部的密度高达10的16次方克/立方厘米的物态,目前有三种不同的看法:①超子流体;②固态的中子核心;③中子流体中的π介子凝聚。在极高密度下,当重子核心彼此重迭得相当紧密时(这种情形有可能出现于大质量中子星的中心部分),物质的性质如何,是一个完全没有解决的问题。中子星的质量下限约为0.1太阳质量,上限在1.5~2太阳质量之间。中子星半径的典型值约为10公里。密度最低的固态表面是高密度的铁。
中子星另一个重要特征是存在强度极高的磁场,超过10的12次方高斯,它使表层的铁聚合成长长的铁原子链:每个原子都被压缩并沿磁场被拉长,而且首尾相接,形成从表面向外伸出的“须状物”。在表面以下,由于压力太高,单个原子不能存在。它使中子星沿着磁极方向发射束状无线电波(射电波)。中子星自转非常快,能达到每秒几百转。中子星的磁极与两极通常不吻合,所以如果中子星的磁极恰好朝向地球,那么随着自转,中子星发出的射电波束就会象一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球,形成射电脉冲。人们又称这样的天体为“脉冲星”。1967年发现了脉冲星,首次证明了中子星的存在。现已发现1620多颗脉冲星,普遍认为它们就是旋转的中子星。蟹状星云脉冲星和船帆座脉冲星的脉冲周期极短,说明它们不可能是白矮星。据认为,脉冲星是由于它们的旋转和强磁场而产生的一种电动力学现象,就像发电机的情况一样。另有证据表明,某些双星X射线源也包含着中子星,它们似乎是由于压缩从伴星吸积到它们表面上的物质而发出X射线的。中子星据信是超新星爆发形成的,在该过程中,随着核心密度增至10趵15次方/立方厘米,中子压力便会顶住中心核的坍缩。若坍缩中心核的质量超过太阳质量的2倍,则不能形成中子星而可能变成黑洞。
图为哈勃太空望远镜拍到的,箭头所指为科学家所认为的中子星。图中子星直径估计不大于28公里。目前人们还没有发现其他天体会像中子星那样小且热而暗淡。
中子星
中子星是一种比白矮星密度更大的恒星,主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星。1932年发现中子后不久,朗道就提出可能存在由中子组成的致密星。1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生于超新星爆发。1967年英国射电天文学家休伊什和贝尔等发现了脉冲星。不久,就确认脉冲星是快速自转的、有强磁场的中子星。它的外层为固体外壳,厚约1千米,密度为100万~1亿吨/厘米3,主要是由各种原子核组成的点阵结构和自由电子气。外壳内是一层主要由中子组成的流体,其密度大约为1亿~10亿吨/厘米3,在这一层中还有少量的质子、电子和μ介子。对于中子星中心部分的密度高达10亿吨/厘米3以上的物态,目前还存在着三种不同的观点:
中子星结构图
(1)认为是超子(一种质量大于核子质量的粒子)流体;(2)是固态的中子核心;(3)是中子流体中的π介子凝聚。子、电子和μ介子凝聚。
中子星不仅密度高达1亿吨每立方厘米以上,而且它的磁场强度也高达1亿特斯拉以上。中子星的体积很小,它的半径的典型值约为10千米,质量下限约为0.1太阳质量,上限为1.5~2个太阳质量.
中子星爆发之前的表面
中子星是由恒星演化而来的。在中子星里,压力是如此之大,电子被压缩到原子核中,同质子中和为电子,使原子变得仅由中子组成。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说,中子星就是一个巨大的原子核,中子星的密度就是原子核的密度。
在形成的过程方面,当恒星外壳向外膨胀时,它的核受反作用力而收缩,核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列的物理变化,最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是天文学中著名的“超新星爆发”。
银河系中著名的气体星云——蟹状星云的中心星就是一颗中子星(脉冲星)。中子星是目前已知的恒星中最小的。由于中子星的体积很小,所以不能用热辐射接受器观测到。但接收到它们的射电脉冲,在研究脉冲星和双星X射线源时发现了它们.