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每立方厘米重1億噸的中子星物質,是否代表還有我們未知的元素?
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2023.04.13 山東

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目前,科學家已經發現或人工合成了119號元素,至于是否還有未知元素未被發現,這個可能性很大。像中子星這樣的物質,它的密度是多少?這么大,我們需要詳細講一下中子星的誕生過程。

中子星

在宇宙中,凡是能自行發光發熱的恒星,都是恒星。但是,它們的光和熱并不是一個永恒的過程,就像人的一生一樣,從年輕到衰老。一般來說,當那些恒星演化到最后時,它們的產物有4種,分別是白矮星、中子星、夸克星(假說中可能存在的致密恒星)和恒星黑洞。

恒星演化

以我們的太陽為例。像我們的太陽這樣的恒星在經過紅巨星階段時會損失自身質量的30%-40%,因此它的目的地只能是一顆白矮星。一般來說,對于一些小質量恒星(通常是7個太陽質量以下的恒星),其演化末期的產物都是白矮星。白矮星上的物質致密,每立方厘米可達0.1至10噸。

白矮星上的物質其實很簡單,主要由碳和氧組成。白矮星之所以如此致密,是因為引力坍縮,導致原子排列得異常緊密,不留空隙,甚至原子都被“擠壓”。他們之所以沒有繼續擠壓,是因為泡利不相容原理提供的電子簡并壓力在拼命抵抗引力坍縮。

白矮星

而中子星比白矮星更糟糕,因為中子星的前身比白矮星的前身質量大很多,通常質量大于8個太陽質量的前身星都會發生超新星爆炸,爆炸后的產物質量在1.44-3個太陽質量之間,就會演化成中子星。其過程是電子的簡并壓力無法抵抗引力坍縮,原子被完全壓碎,導致電子被壓入原子核,與質子中和形成中子,所以恒星主要由中子構成,其密度為核的密度。

由此可見,中子星的組成并不是新物質,而是中子簡并壓力對抗引力坍縮形成的中子簡并物質。它非常致密,所以每立方厘米重1億顆典型的中子星,半徑只有10-20公里,但它的質量是太陽的1.35-2.1倍。

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