宇宙解码 - 引力是最弱的基本力,但它却可以强大到扭曲中子星的内核物质

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:20    发布时间:2019/11/10 4:14:48   出处:宇宙解码   

  最新的研究发现,在中子星的内部(内核)的中子在其强大的引力作用下,可能是一种完全不同的物质状态。而中子星则是目前宇宙学中已被证实的最为奇特的天体之一,其质量非常庞大,但是体积却是很微小,具有难以想象的密度。在普通天文观测中,典型的中子星直径在24公里(15英里),这个大小差不多之比曼哈顿岛大一点,但是根据天文学的计算公式,得出的数据表明,其质量却在1.4至2.0倍的太阳质量,如此大的质量被压缩在数十公里的直径以内,可想而知其密度会有多大,根据天文学家的计算结果,一个针头大小的物体,在中子星上会变成100万吨质量。

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  中子星两极发出的强电磁辐射束就像宇宙的灯塔闪烁

  因此,与这类具有强大引力的天体接触,自然会产生许多意想不到的情节,而且在中子星引力作用下,有些在地球上看似很平常的物质,也会出现不同的结构,形成某种特殊的物质,其古怪程度是可想而知的。以往的研究预测,在中子星的内部被认为是由单个中子构成,且占据了将近74%的内核空间,这与在普通物质中发现的由质子和中子构成的原子情况是较为类似的。但是,得出这个结论的前提条件是我们假设每个中子是一个近乎完美的球形,如果事实上不是这样呢,又会出现什么样的情况呢?

  根据位于德国慕尼黑科技大学和西班牙马德里康普斯顿大学的研究人员费利佩兰斯埃斯特拉达(Felipe Llanes-Estrada)和加斯帕莫雷诺纳瓦罗(Gaspar Moreno Navarro)介绍:如果中子星的质量足够大,几乎百分之百的空间都充满了中子,这个将改变我们对这类超密度天体的认识。

  而兰斯埃斯特和诺纳瓦罗通过一个实验模拟了中子星内部中子在强大的引力作用下,压缩到只有26%的体积为止。结果显示:中子星内核中的原子可能在这种引力条件下呈现出“立方体状”,而不在是之前假设的近乎完美的球形了。这就可以认为是宇宙中各种意想不到的天体环境改变了量子空间,使得在中子星内部出现中子被强引力压缩到改变了原先假设的球状外形,这对中子星内部结构的研究又提出了新的方向。该研究论文已经发表在arXiv数据库中。

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  同时,研究人员也通过模型计算得出了在多大质量下,中子星才能出现内核中子物质被引力压缩的范围。理论上,要将中子等粒子压缩到形状改变需要强大的引力作用,而一个天体的引力强度主要由其质量来体现,中子星在理论上的最大质量为两倍的太阳质量左右,具有与原子核相当密度。但是,这个质量是有限制的,并不能无限上升,如果质量大于3.2倍的太阳质量,就会因为自身引力过于强大而造成坍缩,这个质量同时也被称为奥本海默沃尔科夫极限。因此,如果要将中子压缩变形,这个临界质量应该在2倍太阳质量,该密度下的中子就不再是完美的球形了。

  但是,部分科学家认为,这种质量级别的中子星可能并不存在,正是根据奥本海默沃尔科夫极限,维持在较高的质量范围而产生的强大引力很难长久地维持其自身的结构,或句话说,超大质量的中子星会发生引力坍缩而崩溃,形成一个黑洞。

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  虽然我们只是在理论模型中模拟这种情况的发生,相同的情景还有被称为“夸克星”或者“奇异星”的假象天体,这类天体具有一个相同的性质,那就是临界模拟过程,能将中子压缩到外形改变的中子星质量介于中子星和黑洞之间,所谓再将质量提高一点,超过那个极限值,这个中子星就坍缩成了一颗黑洞,只是在目前的观测中,这类中子星几乎没有被发现。然而,没有被发现并不意味着它就是不存在,相关的研究人员的答案是:有。

  在去年的天文观测中,编号为PSR J1614-2230的观测对象则被认为是一颗毫秒级的脉冲星和一颗白矮星组成的双星系统。而脉冲星则是中子星高速旋转的另一种称呼。在中子星高速旋转时,两极发出的无线电波的各种电磁辐射束就像灯塔那样在宇宙空间中“闪烁”

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  根据观测数据,PSR J1614-2230天体的闪频在每秒317次,这就意味着,这颗中子星在以每秒317次的频率高速旋转。这也是为什么在上个世纪刚观测到脉冲星的时候认为是宇宙另一个智慧生物发出的信号,科学家也称这个信号为“小绿人”,最后证实,它只是一颗高速旋转的脉冲星。但是,高速旋转对于PSR J1614-2230天体来说没有什么值得奇怪之处,让科学家感兴趣的是它的质量,观测数据表明,其质量为1.97倍的太阳质量,非常接近于2倍太阳的临界质量,同时也在一个侧面说明了,我们理论上假设的中子星极有可能是存在的。

  我们对PSR J1614-2230天体的观测说明了或许能在量子水平上解释中子的结构,根据往年对中子星的观测报告,这类天体的特征一向是不同寻常的。然而,如果其内核中的中子结构出现变化,在这个高密度下,势必会进一步影响其旋转和其他构成。而且,如果能近距离观测到这类天体,那一定是非常神奇的,在这个质量下的天体,会表现出完全不同的物质状态。

  

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