把珠峰壓進咖啡杯？它做到了！探秘宇宙最怪天體

想象一下，把珠穆朗瑪峰壓縮到一個咖啡杯里面會怎樣？這個看似荒誕離奇不可能實現(xiàn)的念頭在現(xiàn)實宇宙中是真實存在的，而且比這還瘋狂。宇宙中有一種奇怪的天體，那里的一勺物質(zhì)就重達10億噸。它就是宇宙中真實存在的極端天體——中子星。

中子星

中子星是宇宙中最奇怪的天體之一。它究竟有哪些奇特的地方呢？咱們一起到中子星那里去看看吧！

這片美麗的星云叫做蟹狀星云，距離地球大約6500光年，跨度達11光年×7光年。它是1054年北宋天文學(xué)家楊惟德所發(fā)現(xiàn)的“天關(guān)客星”爆發(fā)后殘留的遺跡。當我們來到蟹狀星云的中心地帶時，頓時感覺飛船劇烈震顫，警報嘶鳴。前方，一顆僅有城市大小、卻在瘋狂旋轉(zhuǎn)的天體呈現(xiàn)在眼前。它就是位于星云中心的中子星。

蟹狀星云

與范圍寬達幾光年的星云比起來，中子星非常渺小，通常直徑只有大約20公里，跟一座城市大小相當。中子星直徑20公里是什么概念呢？冥王星的直徑為2376公里，是中子星直徑的100多倍；地球的直徑為12756公里，大約是中子星的640倍，地球的體積可以容納大約2億6200萬顆中子星。中子星充其量就跟火星的衛(wèi)星火衛(wèi)一大小相當。

地球與中子星

在這里可以提醒你，千萬不要因為中子星的個頭小而小瞧了它。雖然中子星個頭很小但是它的質(zhì)量卻大得驚人。一顆普通中子星的質(zhì)量跟太陽相當。目前已知最大的中子星是PSR J0952-0607，又叫黑寡婦脈沖星。它的質(zhì)量竟然達到了太陽的約2.35倍。

直徑僅有20公里的中子星重量卻跟太陽相當，顯然，中子星的密度已經(jīng)達到了極為恐怖的程度。據(jù)計算，中子星的密度高達1.26億噸/cm3。一個火柴盒大小的中子星物質(zhì)就有30億噸，一湯匙中子星物質(zhì)也重達十幾億噸，相當于全人類的質(zhì)量總和。如果把地球壓縮到中子星那樣的密度，它的半徑將僅有22米。這種極端的密度讓中子星成為了宇宙中除黑洞外最致密的物體。

一勺中子星物質(zhì)

巨大的質(zhì)量和極高的密度給中子星帶來了超乎想象的強大引力。這種引力強到足以扭曲時空，造成光線的引力偏折現(xiàn)象。你知道這意味著什么嗎？咱們來簡單比較一下。如果是地球，無論什么時候你頂多只能看到地球面向你的那一半。而中子星就不一樣了，由于它強大的引力讓光線發(fā)生了彎曲，你不僅可以看到中子星朝向你的這一面，還能看到中子星背對你那一面的很大一部分。甚至毫不夸張地說，站在中子星上的你是能夠看見自己的后腦勺的！

不過，我們是不可能站在中子星感受這種看自己后腦勺的神奇體驗的。因為中子星的表面引力場大約是地球表面的一千億倍。如此強大的引力意味著，任何物體靠近中子星時都會被其引力撕裂成基本粒子。

已知旋轉(zhuǎn)最快的中子星J1739-285

中子星由于質(zhì)量很大，直徑又很小，因而它的自轉(zhuǎn)速度非?？?。大多數(shù)的脈沖星（中子星的一種）可以一秒鐘轉(zhuǎn)一圈。我們把它跟地球和太陽比較一下，就知道這些中子星轉(zhuǎn)得有多快了。地球自轉(zhuǎn)一周需要大約24小時，而太陽在赤道上的自轉(zhuǎn)周期是25.4天。這么一比較，中子星轉(zhuǎn)得真是飛快??！

然而這些脈沖星還是中子星中自轉(zhuǎn)速度最慢的那一類。有些中子星的自轉(zhuǎn)速度能夠達到每秒鐘幾百圈甚至更多。目前已知旋轉(zhuǎn)最快的中子星是J1739-285，它的自轉(zhuǎn)速度達到了驚人的每秒1122圈。這一速度比地球的自轉(zhuǎn)快1億倍。想象一下，一個直徑約20公里的天體，以如此瘋狂的速度旋轉(zhuǎn)，其赤道上的線速度快要接近光速的三分之一了，也就是每秒鐘大約10萬公里!不過科學(xué)家認為，每秒鐘1122圈只是已知最快的中子星轉(zhuǎn)速而不是中子星的轉(zhuǎn)速極限，理論上大型中子星的轉(zhuǎn)速可能會達到每秒鐘3000轉(zhuǎn)！

磁星

中子星這種難以置信的自轉(zhuǎn)速度也讓它擁有了極強的磁場。于是中子星中有一類叫做磁星。磁星SGR 1806-20是目前已知磁場最強的中子星。它的直徑不足20公里，重量卻是太陽的約兩倍。它的表面磁場強度達到了地球磁場的千萬億倍級。

宇宙中沒有比中子星更怪誕的天體了，直徑僅20公里卻承載著太陽1-2倍的質(zhì)量，一勺物質(zhì)重達數(shù)十億噸；引力足以扭曲光線，站在上面可以看到自己的后腦勺；每秒旋轉(zhuǎn)高達1122圈，表面磁場強度是地球的千萬億倍。在了解了這么多離奇古怪的中子星特性后，你是不是很好奇：中子星是怎么形成的呢？

超新星爆發(fā)

中子星是恒星死亡后可能形成的三種殘骸（白矮星、中子星、黑洞）之一。當一顆質(zhì)量約為太陽8到30倍的恒星走到生命盡頭時，恒星向外的熱輻射壓力迅速減小，原有的平衡被打破，在引力作用下，恒星核心周圍的物質(zhì)會以接近光速的速度發(fā)生墜落，引發(fā)了宇宙中最猛烈的爆發(fā)現(xiàn)象之一——超新星爆發(fā)。

如果超新星爆發(fā)后留下的恒星核心質(zhì)量大于1.4倍太陽質(zhì)量而小于3倍太陽質(zhì)量，那么恒星殘留核心中的物質(zhì)原子結(jié)構(gòu)被完全摧毀，電子被壓入原子核與質(zhì)子結(jié)合成中子，整個星球幾乎由純粹的中子構(gòu)成。于是恒星的殘骸變成了中子星。

角動量守恒

與此同時，當這些年老的大質(zhì)量恒星坍縮時，其巨大半徑（數(shù)千萬公里）急劇收縮至僅約10公里，如同滑冰者收緊手臂會加速旋轉(zhuǎn)一樣，恒星原有的自轉(zhuǎn)角動量在半徑驟減百萬倍后，轉(zhuǎn)速會相應(yīng)地增加約萬億倍，從而形成每秒數(shù)百轉(zhuǎn)的極快自轉(zhuǎn)。因而，中子星極高的轉(zhuǎn)速源于角動量守恒。

一旦大質(zhì)量恒星在超新星爆發(fā)后殘留的核心質(zhì)量超過了太陽質(zhì)量的3倍，那么將沒有任何力量可以阻止物質(zhì)的坍縮。它將變成比中子星更加神秘的天體——黑洞。

關(guān)于黑洞的那些事兒，感興趣的朋友，點個關(guān)注，我們在后面的文章中接著聊。