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中子星的密度是水的100万亿倍以上,它的表面重力会有多恐怖?

构成世间万物的原子,其内部却空旷得离谱,例如一个处于基态(最低能级)的氢原子,其半径约为0.528 x 10^-10米,在这个氢原子之中,只有一个半径约为0.833 x 10^-15米的原子核和一个半径小于10^-16米的电子。

按照这个比例,如果我们把它的原子核放大到一个足球那么大,那么这个氢原子就会放大成一个半径约为7公里的球体,而电子的大小却大概只相当于一个玻璃弹珠。看到原子内部居然会如此空旷,相信大家在对此表示惊讶之后,很快就会冒出一个问题:假如我们用力捏一团物质,把原子内的空间全部挤掉,然后会得到什么?

当然了,我们只是随便想想而已,毕竟原子不是那么好捏的,但在宇宙中确实存在着这样一种致密的天体——中子星。

中子星的密度有多大?

根据科学家的估算,中子星的密度为每立方厘米10^14克至10^15克,也就是说,中子星每立方厘米至少有1亿吨,或者可以说,中子星的密度是水的100万亿倍以上。

既然中子星的密度如此惊人,那它的表面重力会有多恐怖?

对于星球的表面重力,我们可以通过重力加速度(g)来衡量,这里有一个简单的公式,即:g=GM/R^2,其中G为引力常数,M为星球质量,R为星球半径。

中子星的质量通常都在太阳质量的1.44倍至3倍这个范围内(其中原因我们放在后面讲),这里我们不妨取值为太阳质量的1.5倍,而根据天文学家的观测,已知中子星的半径通常介于10公里至20公里之间,这里我们不妨取值15公里。

有了这些数据,再加上已知太阳质量为1.9891 x 10^30kg,引力常数为6.67 x 10^(-11)(单位是N.m^2/kg^2),将这些数据代入上面的公式,我们就可以计算出,中子星的表面重力加速度约为884486466666.67(单位为m/s^2)。

重力可以用公式G=mg来计算,其中的m代表物体的质量,g代表重力加速度,要知道我们地球表面的重力加速度只有9.8(单位为m/s^2),也就是说,对于同一质量的物体,它在中子星表面受到的重力将相当在地球表面的大约900亿倍。这到底有多恐怖呢?

这样说吧,我们知道胡夫金字塔大概有684万吨,而假如有一个体重为70kg的人站在中子星的表面,那么他将承受的重力,就相当于他在地球上的时候,有大约924个胡夫金字塔的全部重量压在他身上。

实际上,在如此恐怖的重力环境下,地球上的所有物体都会被压成碎片,甚至连原子也无法幸免。那么宇宙中的中子星是怎么来的呢?我们接着看。

中子星是怎么形成的?

虽然引力是四大基本力里面最弱的一种力,但因为引力是长程力,并且没有“反引力”这一说,所以引力就可以无限叠加,这就意味着,大量的物质堆积起来,引力就会变得非常恐怖,而中子星其实就是引力的杰作,

我们知道,恒星其实就是宇宙中的一大团物质凝聚而成,在原始恒星的形成过程中,其体积会因为自身的引力而不断地收缩,就像是一只无形的大手在不断地“捏”它一样。

当原始恒星的体积收缩到一定程度时,它核心的轻原子核就会因为高温高压而发生核聚变,从而释放出大量的能量,这些能量在使恒星发光发热的同时,也抵抗住了恒星的进一步收缩,就这样,一颗光芒四射的恒星就诞生了。

然而恒星的“核燃料”终有用完的一天,当它们“油尽灯枯”的时候,其内部就失去了支撑,于是引力就会继续“捏”恒星,具体“捏”到什么程度,主要是看恒星的质量大小。

如果恒星的质量较小,那么恒星核心物质的电子所形成的“电子简并压”就可以抵挡住引力,于是恒星的核心就会演化成一颗白矮星。

假如恒星的质量更大一些,其核心质量超过了“钱德拉塞卡极限”(约为太阳质量的1.44倍),那么“电子简并压”就抵挡不住引力了。

在这种情况下,恒星核心物质的电子就会被引力“捏”进原子核,并与其中的质子结合形成中子,这些中子与其它原本就存在的中子紧紧地贴在一起,并形成更加强大的“中子简并压”,如果这能够与恒星自身的引力抗衡,那么恒星的核心就会演化成一颗中子星。

而如果一颗恒星的质量很大,其核心质量超过了“奥本海默极限”(注:这个值现在尚未得到确定,通常取值为太阳质量的3倍),其产生的引力连“中子简并压”也无法抵挡,那么这颗恒星的核心就会被引力无限压缩,然后就会演化成已知宇宙中最强大的天体——黑洞。

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