中子星内部结构仍是宇宙中的重大谜题之一

　　绘图：Foreal

　　来历：举世科学微信大众号

　　中子星是质量在必定范围内的恒星耗尽燃料并塌缩后留下的极点细密的残骸。它们含有国际中最细密的物质（黑洞不属于物质的领域），但详细成分一向是一个未解之谜。科学家知道，在中子星内部，引力把质子和电子紧缩成了中子，但却不知道这些中子是以什么样的方法存在的。它们是组合起来构成无黏滞的“超流体”，仍是被进一步分化成更底子的夸克和胶子？

　　当一颗质量是太阳20倍的恒星逝世之后，它会变成巨细如一座城市，密度高得难以想象的天体——中子星。用NASA天体物理学家扎文·阿祖马尼安（Zaven Arzoumanian）的话说，中子星是“大大都人从未听说过的最独特天体”，一块乒乓球巨细的中子星物质，分量就超越了10亿吨。

　　天文学家以为，在引力的挤压下，中子星内部的大大都质子和电子交融成了中子——它便是因而而得名的。但这并不是终究结论，天文学家从来没有近间隔调查过中子星，地上试验室也无法制造出挨近其密度的物质，因而，中子星内部结构仍是国际中的严重谜题之一。

　　中子星内部含有已知引力最强的物质——再添加一点质量，它们将会变成黑洞，而后者实质上并非物质而是极点曲折的时空。“这个临界情况是什么姿态的？” 阿祖马尼安说，“这便是咱们正在探究的问题。”

　　为了回答这个问题，研讨者提出了若干个彼此竞争的理论：

　　一些理论以为，中子星里边的确都是中子，或许还有少数质子。

　　而其他理论提出，中子星里边的物质情况比这更古怪。或许中子星内部的中子被分化成了更底子的粒子，即夸克和胶子，它们在自在粒子的海洋中自由自在地游动着。

　　还有一种或许是，这些天体由更独特的物质构成，比方超子。超子是一种独特的粒子，不只由“上”和“下”夸克（原子中的夸克）构成，还包含了更重的 “独特”夸克。

　　因为咱们不能把中子星切开看看里边有什么，所以没有一个简略的办法来判别这些理论哪个才是正确的。尽管如此，科学家仍是取得了一些发展。一个严重突破呈现于2017年8月，研讨者经过地上试验勘探到了两颗中子星正面相撞发作的引力波。引力波是大质量物体加速运动时发作的时空动摇，这次检测到的引力波携带了两颗发作磕碰的中子星的质量和巨细等重要信息，使用这些信息，科学家就能够进一步确认中子星的性质和内部成分。

　　2017年6月开端在国际空间站上运转的中子星内部成分勘探器（NICER）也在协助科学家收集头绪。NICER监督的是脉冲星这种具有强磁场并快速自转的中子星。脉冲星发射出的光束会不断扫过星际空间，当地球处于光束扫过的区域时，咱们就会看见脉冲星在以高得令人震惊的频率“眨眼睛”，最快1秒能闪耀700屡次。经过这些试验，科学家有望澄清中子星里边究竟是什么。假如真能完成这个方针，咱们不光能够更好地知道这类奇怪天体，还能了解极点条件下的物质和引力。

　　超流海洋

　　恒星在中心耗尽燃料而中止发作能量时，或许会发作超新星迸发，中子星便是从这种灾难性的迸发中铸造出来的。忽然没有了对手的引力会像活塞相同锤击恒星，吹散外面的包层，击碎中心。处于这个阶段的恒星，其间心主要是铁构成的。强壮的引力能够压碎原子，将电子挤进原子核使它们和质子交融发作中子。“来自五湖四海的压力将铁紧缩了10万倍，”圣路易斯华盛顿大学的物理学家马克·奥尔福德（Mark Alford）说，“直径十分之一纳米的原子变成了直径几飞米的中子。”这就像是把地球紧缩成一个街区的巨细。当恒星中止塌缩后，内部的中子数量大概是质子的20倍。

　　物理学家以为，中子星的质量大约是太阳的1~2.5倍，或许有至少三层结构。最外层是由氢和氦组成的气态“大气”，厚度为几厘米到几米。这层大气漂浮在厚度约1千米、由原子核构成的外“壳层”之上。在这一层中，原子核排列成晶格结构，电子和中子充满于其间。最里边的第三层包含了中子星的大部分质量，其详细成分仍是个谜。这儿的原子核挤在一同，几乎没有剩下空间，到达了核物理能答应的最高密度。越接近中子星的中心，每个原子核内的中子数就越多。在某处，原子核将无法包容更多的中子，这时中子会溢出，此刻再也没有原子核了，只要核子（即质子和中子）。终究，在中子星最深处，这些粒子也或许被分化。

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