研究显示中子星外壳硬度超钢铁100亿倍(图)

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                    中子星是除黑洞之外密度最大的天体
　　新浪科技讯 北京时间4月16日消息，据英国《新科学家》杂志网站报道，中子星是宇宙中除黑洞之外密度最大的天体，其每立方厘米的质量高达1亿吨。美国科学家进行的最新模拟研究显示，中子星不仅密度极大，而且其外壳还非常坚硬，其硬度超过钢铁的100亿倍。
　　中子星又称脉冲星，是宇宙中除黑洞之外密度最大的天体，和黑洞一样，它也是20世纪60年代最重大的天体发现之一。美国印地安那大学伯明顿分校科学家查尔斯-霍洛维茨介绍，对于中子星的研究，目前还有许多未解之谜。其中最重要的一个难题就是关于中子星外壳的硬度。中子星通常被认为是由中子溶液所构成，外表覆盖一层固态外壳。这层外壳又是由富含中子的原子晶体所组成。由于实验室实验目前还无法复制中子星表面的这种极端环境，因此天文学家们此前大多都是假定中子星外壳的硬度与地球上最坚硬的物体相似。但是，霍洛维茨等科学家却通过最新的计算机模拟实验揭示，中子星的外壳比假定的硬度还要硬得多。由于岩石和钢铁晶体通常会有裂缝或缺口，因此它们可能会发生破碎。
　　但是，中子星上的极端高压让所有可能产生破碎的裂缝消失。在这种条件下，于是就生成了特别纯洁的晶体，因此它们很难破碎。1立方米大小的中子星外壳与同样大小的不锈钢体在受到同样的挤压条件下，在中子星外壳被压变形之前，不锈钢体可能已经破碎了20多次。霍洛维茨解释说，在中子星外壳中，原子相互之间的紧密程度比钢铁原子的紧密程度要高得多，因此，它的抗压破碎点比钢铁要高出100亿倍。宾夕法尼亚州立大学科学家本杰明-欧文认为，这一模拟实验验证了此前人们对中子星外壳硬度的猜疑。“虽然近些年来已经有迹象表明中子星外壳硬度要比想象中高得多，但此模拟实验却是首次完成了完整的计算。”
　　更硬的外壳意味着中子星可以支持比想象中更大的隆起物，也就是说可以在其表面隆起10厘米高的“小山包”，这个“小山包”甚至可以延伸数公里。欧文介绍说，在其他所有条件相同的情况下，中子星表面的“小山包”最大高度现在已经是此前想象高度的10倍。相应地，这样就会在中子星表面产生比此前计算的多出100倍能量的引力波。于是，美国激光干涉引力波天文台就可以根据这一结论进行地面实验来发现中子星的信号。此外，模拟实验还对星震的研究有很大的帮助。当强烈的磁场分裂中子星外壳时就可能会引发星震。外壳越硬，也就意味着星震可能会产生越强的伽马射线和引力波。当恒星收缩为中子星后，自转就会加快，能达到每秒几圈到几十圈。同时，收缩使得中子星成为一块极强的“磁铁”，这块“磁铁”在它的某一部分一直向外发射出电波。
　　霍洛维茨还介绍说，中子星的前身一般是一颗质量比太阳大的恒星。它在爆发坍缩过程中产生的巨大压力，使它的物质结构发生巨大的变化。在这种情况下，不仅原子的外壳被压破了，而且连原子核也被压破了。原子核中的质子和中子便被挤出来，质子和电子挤到一起又结合成中子。最后，所有的中子挤在一起，形成了中子星。显然，中子星的密度，即使是由原子核所组成的白矮星也无法和它相比。在中子星上，每立方厘米物质足足有10亿吨重。中子星的质量极大，一个中子化的火柴盒大小的物质，需要约十万个火车头才能拉动。中子星的能量辐射是太阳的100万倍。按照目前世界上的用电情况，它在一秒钟内辐射的总能量若全部转化为电能，就够人类用上几十亿年。
　　同白矮星一样，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。在形成的过程方面，中子星同白矮星是非常类似的。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复杂的物理变化，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”。

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