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中子星極為致密,若把地球壓成一顆中子星,它的體積有多大?

科學(xué)信仰
泛科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)作者??茖W(xué)是一種規(guī)律,信仰是一種態(tài)度。
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太陽作為一顆中等質(zhì)量的恒星,它的平均密度并不是很大,約為1.408*10∧3kg/立方米,這個(gè)數(shù)字也就是比水略高。

身為黃矮星的太陽,雖然現(xiàn)在的密度并不是很大,但在遙遠(yuǎn)的未來,它卻會(huì)成為一顆極為致密的天體。

太陽憑借著它的光和熱為整個(gè)太陽系提供著光亮與溫度,并且已經(jīng)持續(xù)了大約50億年,而這一切都源于太陽上的氫核聚變反應(yīng),不過太陽的燃燒并不能永遠(yuǎn)持續(xù)下去,在30到50億年之后,太陽上的氫元素也會(huì)逐漸消耗殆盡,隨著壓力和溫度的進(jìn)一步提升,氦元素的聚變被點(diǎn)燃,于是太陽便會(huì)由氫核聚變階段進(jìn)入到氦核聚變階段,此后,太陽上的聚變反應(yīng)會(huì)不斷向更重的元素推進(jìn),直到碳或氧,由于太陽本身的質(zhì)量有限,所以到達(dá)碳或氧之后,便無法將核聚變向更重的元素推進(jìn)了。

當(dāng)太陽上的核聚變被推進(jìn)到碳或氧之后,太陽便會(huì)在自身的引力作用下向中心坍縮,物質(zhì)被不斷擠壓,密度持續(xù)提升,最后會(huì)成為一顆極為致密的白矮星。

那么這顆致密的白矮星的密度到底有多大呢?白矮星的密度并不一致,這是因?yàn)橘|(zhì)量越大的白矮星,它的引力作用就越大,密度自然也就越大,不過最小的白矮星,它的密度也能夠達(dá)到每立方厘米100公斤,而最大的白矮星的密度甚至可以達(dá)到每立方厘米10噸,如此致密的物質(zhì),在地球上是無法找到的。雖然在地球上找不到如白矮星一般致密的物質(zhì),但是在宇宙之中,比白矮星更加致密的物質(zhì)卻廣泛存在著,而其中密度最高的就要數(shù)中子星了。當(dāng)然,在理論上,黑洞的密度遠(yuǎn)高于中子星,但黑洞內(nèi)部的逃逸速度超越了光速,所以黑洞是一個(gè)不可見的天體。

所以我們可以這樣說,在可見的宇宙天體之中,中子星的密度是最高的。

那么中子星的密度到底有多高呢?和白矮星一樣,中子星的密度也并不一致,質(zhì)量越高的中子星,它的密度也越高,不過最小的中子星,它的密度也可以達(dá)到每立方厘米8000萬噸,而大質(zhì)量的中子星密度甚至可以達(dá)到每立方厘米20億噸。

只是列出數(shù)字并不足以讓人對中子星的密度產(chǎn)生切身的感受,那么我們就來舉一個(gè)例子吧,地球的平均密度大概為每立方厘米5.5克左右,從數(shù)字上來看,這就與中子星每立方厘米8000萬噸相差甚遠(yuǎn),那么如果我們將地球擠壓成一顆與中子星密度相等的天體,那么地球會(huì)縮小到何種程度呢?地球?qū)?huì)變?yōu)橐活w直徑在20米左右的小球。

中子星如此令人驚嘆的密度到底是從何而來的呢?其實(shí)中子星的前身和白矮星一樣,也都是一顆恒星。

不同的是,中子星的前身是一顆大質(zhì)量的恒星。太陽作為一顆黃矮星,只能夠坍縮為白矮星,而通常認(rèn)為如果一顆恒星的質(zhì)量達(dá)到太陽質(zhì)量的8到30倍,就可以將核聚變推進(jìn)到鐵元素,之后會(huì)通過超新星爆發(fā)而坍縮為一顆白矮星,而質(zhì)量超過30倍太陽質(zhì)量的巨大恒星則會(huì)坍縮為黑洞。

超新星爆發(fā)是一種極為強(qiáng)烈的天體活動(dòng)會(huì)在一瞬間釋放出巨大的能量,這股能量可以達(dá)到恒星一生所釋放能量的數(shù)十倍。在超新星爆發(fā)過后,再也沒有任何力量可以阻止物質(zhì)向中心坍縮,于是隨著密度逐漸的提升,一顆完全由中子星物質(zhì)所構(gòu)成的天體就誕生了,它就是中子星。

與白矮星不同,中子星坍縮的過程并不僅是提高了物質(zhì)之間的密度,由于強(qiáng)大的壓力,原子會(huì)被直接壓碎,原子核外的電子會(huì)被壓縮到原子核之中,于是電子與質(zhì)子結(jié)合形成了中子。

原子是很小的,但原子核更小,一般而言原子核只占原子體積的幾千億分之一,而中子星物質(zhì)原子核外的空間已經(jīng)徹底被壓縮,所以中子星物質(zhì)的密度實(shí)際上也就是原子核的密度,這就很容易理解為什么中子星會(huì)擁有如此之高的密度了。中子星完全由中子所構(gòu)成,同樣的,中子星上的物質(zhì)也完全依賴于中子星特有的條件,一旦中子星物質(zhì)離開了中子星,那么它也就不再是中子星物質(zhì)了。不過每立方厘米就可以達(dá)到8000萬噸以上的物質(zhì),也沒有任何可以把這種物質(zhì)帶離中子星。

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