科學(xué)家如果想要開(kāi)腦洞，那他們的想象力可比一般人大得多。在核物理和天文學(xué)中，科學(xué)家就把一種天體當(dāng)作了一種菜肴，這是什么天體呢？
致密星中最恐怖的兩個(gè)存在——黑洞和中子星
這便是中子星，一顆致密又極為強(qiáng)大的天體。它幾乎已經(jīng)脫離了恒星的范疇，只有“天選之星”才能成為中子星?？茖W(xué)家認(rèn)為，它可能是宇宙中最硬的物質(zhì)。
那么中子星是如何形成的呢？為什么中子星上會(huì)有這樣的“菜肴”？科學(xué)家是如何解釋這種情況的呢？這道“硬菜”有什么特別的地方嗎？本文將從中子星和中子星意面構(gòu)想這兩個(gè)方面進(jìn)行解答，接下來(lái)一起看看這道比鋼鐵還要硬上100億倍的中子星硬菜，它是如何成為宇宙中最硬物質(zhì)的？
中子星構(gòu)想圖
中子星變意面
中子星在太陽(yáng)系中并不算多，因?yàn)閺臅r(shí)間上來(lái)講，一顆恒星從出生到死亡至少要經(jīng)歷近百億年的時(shí)間。中子星作為恒星的另一個(gè)終點(diǎn)站而言，它并不像黑洞或者白矮星那樣，是完全對(duì)立的兩個(gè)極端。不過(guò)要是再努力一些，中子星就能變成黑洞了。
成為中子星后，這里的引力、電磁力會(huì)變得異常詭異，而且巨大。殘余的簡(jiǎn)并物質(zhì)會(huì)構(gòu)成中子星的主要部分，這些都是恒星之前“燃燒”剩下的余料。最終在引力作用下，所有的基本粒子被揉作一團(tuán)，形成宇宙中最像球體的致密物質(zhì)。
1967年，劍橋大學(xué)女研究生發(fā)現(xiàn)脈沖星（中子星的一種）
為什么這么說(shuō)呢？因?yàn)橹凶有巧系沫h(huán)境過(guò)于特殊，所有的一切都被壓縮在內(nèi)部。如果上面有山一樣的形狀，那么中子星上最高的山峰不會(huì)超過(guò)2毫米，這使得中子星的表面十分“光滑”。
中子星的電磁力構(gòu)想圖
通常來(lái)講，如果恒星質(zhì)量在10~29個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間完成壽命終結(jié)，那么它們便會(huì)成為中子星。而它們的內(nèi)部則令人感到不可思議，要知道它們之前可是比太陽(yáng)還要大上數(shù)十倍的恒星。中子星會(huì)把所有的一切壓縮進(jìn)直徑只有數(shù)十公里內(nèi)的“球體”中。
由于過(guò)分強(qiáng)大的引力，就連科學(xué)家也搞不明白，中子星的內(nèi)部有什么，又是什么情況。目前學(xué)術(shù)界的觀點(diǎn)認(rèn)為，中子星具有不同結(jié)構(gòu)的中子扭曲物質(zhì)。為了完成中子星的基本研究，也許是為了方便命名和記錄，科學(xué)家以意大利面來(lái)命名其中的結(jié)構(gòu)。
中子星兩極發(fā)出的強(qiáng)電磁輻射束就像宇宙的燈塔閃爍
也許他們只是意面愛(ài)好者，總之名字就是來(lái)的，下面來(lái)看看中子星的意面結(jié)構(gòu)吧。
“硬核”的中子星意面
首先是中子星的表面，簡(jiǎn)并物質(zhì)在這里被包裹住，地表附近像“團(tuán)子”一樣的結(jié)構(gòu)，它們是圓形的氣泡狀中子。進(jìn)入中子星后，強(qiáng)大的壓力會(huì)強(qiáng)迫中子進(jìn)入一種被稱(chēng)之為意大利面的長(zhǎng)管中。再繼續(xù)前進(jìn)，這里的變化就顯得十分詭異了，所有物質(zhì)被壓縮成像千層面一般的中子片。
不同形態(tài)的中子星意面
中子星意面組合就這么來(lái)了，盡管這看上去相當(dāng)奇葩，但這是科學(xué)家根據(jù)現(xiàn)有的觀察和理論做出的合理預(yù)設(shè)和建模。由于現(xiàn)在的觀測(cè)手段并不能直接觀察到中子星的內(nèi)部，為了完成較為具體的分析工作，科學(xué)家只有依賴(lài)計(jì)算機(jī)來(lái)完成剩余的工作。
一般的計(jì)算機(jī)可模擬不了中子星這么強(qiáng)大的天體，如果用單個(gè)GPU進(jìn)行模擬計(jì)算，至少得花費(fèi)250年的時(shí)間。這份模擬工作的成果主要來(lái)自于麥吉爾大學(xué)、加州理工大學(xué)和印第安納大學(xué)的共同合作。計(jì)算機(jī)模型顯示，中子星內(nèi)部密度比地球上的鋼鐵還要硬100億倍。
使勁擠壓下，最終形成極高密度的物質(zhì)，類(lèi)似巨大的原子核
研究人員馬特·卡普蘭認(rèn)為，中子星巨大的重力使得它們的外層“凍結(jié)”成了固體，看起來(lái)和地球非常相似，外部薄薄的外殼包裹著一個(gè)液體核心。
計(jì)算機(jī)模擬的中子星固體外殼，壓力把原子核壓縮成了晶格
也許這種的說(shuō)法還不能很直觀地解釋中子星的內(nèi)部壓力和重力有多大。根據(jù)美國(guó)NASA的說(shuō)法，這種天體就好比把太陽(yáng)質(zhì)量?jī)杀兜暮阈侨M(jìn)一個(gè)只有20公里寬的球體中。僅是擓一勺方糖大小的中子星，它的質(zhì)量也能和珠穆朗瑪峰的重量相當(dāng)。
卡普蘭作為中子星意面的主要研究人員不僅模擬了中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還利用計(jì)算機(jī)模型對(duì)預(yù)設(shè)模型進(jìn)行拉伸和擠壓，以此了解中子星意面是如何斷裂的。這么做還有一個(gè)重要的目的——它能夠幫助科學(xué)家們計(jì)算中子星意面的強(qiáng)度。
中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的猜想圖
這種意面只存在于中子星，其他任何天體都不會(huì)有存在。這時(shí)可能有吃貨想發(fā)問(wèn)了，如果真的想要嘗一口中子星意面會(huì)如何呢？
根據(jù)卡普蘭博士的介紹，如果真的能夠以某種神奇的方式將中子星意面?zhèn)鞯侥愕氖种校翢o(wú)疑問(wèn)這會(huì)讓人當(dāng)場(chǎng)斃命。由于脫離了中子星的壓力束縛，活躍的中子星意面會(huì)像核彈一樣爆炸，這也是為什么它會(huì)被稱(chēng)作“核意面”。
脈沖星的示意圖——球體代表中子星，曲線表示磁場(chǎng)線
很明顯，這種物質(zhì)太過(guò)于特殊，可是科學(xué)家為何對(duì)它們?nèi)绱酥阅兀?/p>
意面揭示宇宙起源？
事實(shí)上科學(xué)家研究中子星還有另外一層目的，那就是探索宇宙的本質(zhì)和起源。這看起來(lái)又回到了一個(gè)老生常談的問(wèn)題上，宇宙是怎么來(lái)的？
恒星的演化過(guò)程
在最新的中子星碰撞觀測(cè)中，科學(xué)家們得到了一個(gè)非常驚人的結(jié)果。大質(zhì)量的中子星核心十分致密，原子核在這里失去了自己的形態(tài)，它被凝聚成了夸克物質(zhì)。這對(duì)天體物理學(xué)來(lái)講非常重要，在這之前，夸克核是中子星內(nèi)核的主要物質(zhì)只存在于理論中，如今科學(xué)家終于有機(jī)會(huì)觀察到它們。
這在過(guò)去是令人難以想象的，天文學(xué)家假設(shè)，在足夠高的熱量和密度下，中子會(huì)進(jìn)一步被分解成夸克，然后形成夸克湯?？淇俗鳛榛镜膩喸恿Ｗ樱?jīng)過(guò)結(jié)合形成了復(fù)合粒子，也就是質(zhì)子和中子，而這些便是構(gòu)建原子的底層物質(zhì)。
圍繞中子星的鐵原子氣體呈現(xiàn)的模糊環(huán)線出現(xiàn)了扭曲現(xiàn)象
另一方面，中子星的活動(dòng)還會(huì)伴隨引力波的出現(xiàn)，這對(duì)中子星的內(nèi)部觀察起著關(guān)鍵作用。在2017年，天文學(xué)家觀察到了GW170817的碰撞。這兩顆中子星的變化隨著引力變形可以揭示它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，多個(gè)發(fā)現(xiàn)表明，這些中子星的核心不完全是夸克物質(zhì)。
夸克物質(zhì)是什么？
對(duì)于研究宇宙的天文學(xué)家而言，中子星夸克的發(fā)現(xiàn)關(guān)系著宇宙的誕生。因?yàn)樵诂F(xiàn)有的理論中，宇宙在大爆炸之前是由夸克膠子等離子體構(gòu)成的熱湯強(qiáng)子。因此，我們可以看出中子星有可能是回溯這一切的關(guān)鍵。
夸克不會(huì)被禁閉在某一個(gè)特定的強(qiáng)子或者某一個(gè)小區(qū)域
除了現(xiàn)有的觀測(cè)手段外，夸克在粒子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中也能形成極其短暫的一瞬間。很明顯現(xiàn)有的粒子對(duì)撞機(jī)不能完成有效的觀測(cè)，如果科學(xué)家在未來(lái)能夠描述出夸克物質(zhì)在中子星的形成條件，則有助于人們更好地了解宇宙。
粒子對(duì)撞機(jī)
隨著引力波能夠更加頻繁地被觀測(cè)到，中子星的謎團(tuán)也在一步步揭開(kāi)，相信未來(lái)不久，科學(xué)家會(huì)找到一種新的方式來(lái)描繪我們生活的宇宙。
