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中子星
        中子星,又名波霎、脉冲星,是恒星演化到末期,经由重力崩溃发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。简而言之,即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体,其密度比地球上任何物质密度大相当多倍。


天体名称 中子星
面 积 约300平方公里
逃逸速度 在10,000至150,000千米/秒之间
内部温度 超过60亿度
别 称 波霎
意 义 黑洞外密度最大的星体(已观测)
表面温度 超过1000万摄氏度
半 径 10—30公里



1简介
2发现
3形成
4性质
脉冲星很小
脉冲周期短
密度大
温度高
压力大
强辐射
强磁场
5离地球最近中子星


1 简介

        白矮星被压缩成中子星的过程中恒星遭受剧烈的压缩使其组成物质中的电子并入质子转化成中子,直径大约只有十余公里,但上头一立方厘米的物质便可重达十亿吨,且旋转速度极快,而由于其磁轴和自转轴并不重合,磁场旋转时所产生的无线电波可能会以一明一灭的方式传到地球,有如人眨眼,故又译作波霎。[1][2][3]


中子星

  中子星又称脉冲星,是除黑洞外密度最大的星体,同黑洞一样,也是20世纪60年代最重大的发现之一。脉冲星就是快速自转的中子星。中子星很小,一般直径只有10千米,质量却和太阳差不多,质量下限是10个太阳的质量,上限是30个(据爱因斯坦的广义相对论,可以达到这个水平).是一种密度比白矮星还高的超密度恒星。




2 发现

        1934年巴德和兹威基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的爆发。1939年奥本海默和沃尔科夫通过计算建立了第一个中子星的模型。 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。

        虽然早在30年代,中子星就作为假说而被提了出来,但是一直没有得到证实,人们也不曾观测到中子星的存在。而且因为理论预言的中子星密度大得超出了人们的想象,在当时,人们还普遍对这个假说抱怀疑的态度。直到1967年,由英国科学家休伊什的学生乔丝琳·贝尔首先发现了脉冲星。 经过计算,它的脉冲强度和频率只有像中子星那样体积小、密度大、质量大的星体才能达到。这样,中子星才真正由假说成为事实。这真是本世纪天文学上的一件大事。因此,脉冲星的发现,被称为二十世纪六十年代的四大天文学重要发现之一。

  1967年,天文学家偶然接收到一种奇怪的电波。这种电波每隔1—2秒发射一次,就像人的脉搏跳动一样。人们曾一度把它当成是宇宙人的呼叫,轰动一时。后来,英国科学家休伊什终于弄清了这种奇怪的电波,原来来自一种前所未知的特殊恒星,即脉冲星。这一新发现使休伊什获得了1974年的诺贝尔奖。到目前为止,已发现的脉冲星已超过300个,它们都在银河系内。蟹状星云的中心就有一颗脉冲星。

  脉冲星是本世纪60年代四大天文发现之一 (其他三个是:类星体、星际有机分子、宇宙3K微波辐射)。因为它不停地发出无线电脉冲,而且两个脉冲之间的间隔(脉冲周期)十分稳定,准确度可以与原子钟媲美。各种脉冲星的周期不同,长的可达4.3秒,短的只有0.3秒。


3 形成

  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。

  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,收缩使中子星成为一块极强的“磁铁”,这块“磁铁”在它的某一部分向外发射出电波。当它快速自转时,就像灯塔上的探照灯那样,有规律地不断向地球扫射电波。当发射电波的那部分对着地球时,我们就收到电波;当这部分随着星体的转动而偏转时,我们就收不到电波。所以,我们收到的电波是间歇的。这种现象又称为“灯塔效应”。

  中子星的质量极大,一个中子化的火柴盒大小的物质,需要96000个火车头才能拉动!所以中子星的质量是不可忽视的。

  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,就够我们地球用上几十亿年。


中子星辐射

  中子星并不是恒星的最终状态,它还要进一步演化。由于它温度很高,能量消耗也很快,因此,它的寿命只有几亿年。当它的能量消耗完以后,中子星将变成不发光的黑矮星。


4 性质 

        中子星的特征:有超高压强,超高温、超流、超导、超强磁场等性质。一颗自转着的中子星不仅发出无线电波,还发出所有类型的辐射,和可见光脉冲。它的结构和地球类似,是分层的,最外一层是固体。它的表面温度有1000万℃,比太阳的表面温度高1000倍。


        脉冲星的性质:作为一颗快速自转的中子星,脉冲星具有许多非常独特的性质,这些性质使我们大开眼界。因为,它们都是在地球实验室中永远也无法达到的,从而使我们更加深入地认识到恒星的一些本质。概括起来说,这些性质是:



(1)脉冲星很小

        小得出奇。它的典型直径只有10公里,也就是说,小小中子星的“腰围”只有30多公里,相当于一辆汽车以普通速度行驶1小时的距离。可是,就是这么颗小个子恒星,却有那么多的极端的物理条件,也真是够惊人的!

(2)脉冲周期短

        短到简直难以想象的程度。已观测到的最长的脉冲周期,只有4.3秒,最短的约2毫秒,即千分之二秒。换句话说,脉冲星的自转都特别快,从4.3秒转一圈到1秒钟转500圈!发射脉冲的持续时间大致是其周期的1/10至1/100。最近一些年来,发现了不少毫秒级的脉冲星,是否今后会发现脉冲周期更短的、或更长的脉冲星呢?现在还很难说。

(3)密度大

        密度一般用1立方厘米有多少克来表示,水的密度是每立方厘米重1克,铁是7.9克,汞是13.6克。如果我们从脉冲星上面取下1立方厘米物质,称一下,它可重1亿吨以上、甚至达到10亿吨。假定我们地球的密度也达到这种闻所未闻的惊人程度的话,那它的平均直径就不是12740公里,而是一二百米或更小。

(4)温度高

        据估计,脉冲星的表面温度就可以达到1000度,中心还要高数百万倍,譬如说达到60亿度。我们以太阳来作比较,就可以有个稍具体的概念:太阳表面温度6000摄氏度不到,越往里温度越高,中心温度约1500万度。

(5)压力大

        我们地球中心的压力大约是300多万个大气压,即我们平常所说的1标准大气压的300多万倍。脉冲星的中心压力据认为可以达到10000亿亿亿个大气压,比地心压力强30万亿亿倍,比太阳中心强3亿亿倍。

(6)强辐射

        太阳一刻不停地向四周辐射出大得惊人的能量,到达地球的只是其中的22亿分之一。即使如此,我们人类获益匪浅。而脉冲星的辐射能量平均为太阳的百万倍。

(7)强磁场

        在地球上,地球磁极的磁场强度最大,但也只有0.7高斯(高斯是磁场强度的单位)。太阳黑子的磁场更是强得不得了,约1000~4000高斯。而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯,甚至20万亿高斯。

中子星

        脉冲星都是我们银河系内的天体,距离一般都是几千光年,最远的达55000光年左右。根据一些学者的估计,银河系内脉冲星的总数至少应该在20万颗以上,到80年代末,已经发现了的还不到估计数的千分之五。今后的观测、研究任务还很艰巨。脉冲星从发现至今,只有短短二三十年的时间,尽管如此,不论在推动天体演化的研究方面,在促进物质在极端条件下的物理过程和变化规律的研究方面,它已经为科学家们提供了非常丰富而不可多得的观测资料,作出了贡献。同时,它也在这个新开拓的领域内,向人们提出了一连串的问题和难解的谜。

5 离地球最近中子星

        2007年3月20日光明网-光明日报:欧洲空间局的科学家最近宣布,他们借助强大的“Integral”天文望远镜,发现了迄今转速最快的中子星,每秒旋转1122圈,比地球自转快1亿倍。最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说,早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星,但不久前才通过望远镜算出它的转速。这颗中子星的直径约10公里,但质量却与太阳相近,其密度惊人,高达每立方厘米1亿吨。其巨大引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体,并不断诱发热核爆炸。

        天文学家正是通过这种现象发现了它。此前的中子星自转纪录是每秒716圈,恒星转速一般在每秒270-715 圈。700圈曾被认为是天体旋转极限,按目前的物理学理论,转速超过此极限,恒星将被强大离心力摧毁或化为黑洞。但最新发现否定了这一看法。理论上,每秒1122转并不是旋转极限,大型中子星转速有可能高达3000转。令天文学家困惑的是,为什么天体在高速旋转的强大离心力下,却依然会不断收缩,而且不损失自身物质。

参考资料:
1.超级致密中子星拥有罕见的物质结构
2.最新观测“戴面具的中子星” 每秒旋转11次
3.中子星疯狂旋转诱发引力波 爱因斯坦预言成真
4.网络

扩展阅读:
1.中子星资料
2.中子星资料2
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