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中子星上一小匙物质几十亿吨重不是瞎估摸出来的 请看精确的计算

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发表于 2019-5-21 02:04:35 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 中国

6 _" ?- Q; Y+ D' v8 z中子星的密度是很多人纠结的一个问题,一个立方厘米就有1亿吨乃至20亿吨重?不可思议。于是引来许多的质疑者。其实我们简单了解一下这个重量的来源就不那么惊讶了。
8 f; r9 ]  R! e" W  X3 ]  J
3 [% ~" F& s7 x$ E5 N& a* W一个中子星的半径只有10千米左右,也就是说你在中子星上行走,绕其一圈也就是六七十公里,最小的中子星半径只有几公里,按人在地球上行走的速度,一天就可以绕行一圈。
$ n* a: }3 L' F/ T! M  Q! s0 N可中子星的质量有多大呢?根据钱德拉塞卡极限计算,不得小于1.44倍太阳质量,根据奥本海默极限规定,不得超过太阳质量的3倍。7 E& {' N8 ]4 y1 O* K3 K3 @' }
太阳质量有多大呢?是1.9891x10^30千克。地球质量为5.965x10^24千克,太阳质量是地球的33万多倍。, d$ ?# Z/ R+ I9 D$ l  g

8 E+ |6 {6 j; k9 C0 d; i2 q! c; P$ E这样我们稍有点数学基础的简单一算,不就知道了中子星的密度了吗。
$ X9 r" m4 ~! t( R$ N3 p
$ {$ i: j- p6 g; S" A中子星的质量达到1.44~3.00x1.9891x10^30千克,如按半径10公里计算,只是地球半径的1/637,体积约地球的2.6亿分之一,质量却是地球的48~99万倍。
! b' W2 }+ U' x6 V  U, O+ e我们按照50万倍地球质量计算,中子星物质的平均密度达到地球物质密度约130万亿倍。地球密度平均为5.5克/立方厘米,5.5x130万亿=715万亿克=7.15亿吨。
! x. q) U- h2 a" {# ?. ?这是一个10公里半径的中子星密度,而且是按照刚过临界点较小质量中子星计算的。有些中子星半径还更小,质量更大,密度达到20亿吨就完全可能了。当然也还有比10公里半径大的中子星,质量并没有大多少,这样密度就会小一些。所以科学界把中子星密度定为每立方厘米1~20亿吨是合理的。5 x9 A8 W7 H8 P2 U

9 h3 C! I1 ?* l现在明白了吧?不稀奇了吧?迄今为止,科学界已经观测到宇宙中存在的几千颗中子星,我们中国的天眼FAST也新发现了几十颗中子星,因此中子星在宇宙中是普遍存在的。: j  F5 a1 l- U9 U! i, v* E

( A# A+ T. K" {$ v/ Y. L如今的科学界观测天体知道其的大小直径及与我们的距离,这点总没问题了吧,根据各种质量恒星演化过程,以及观测到的各种数据,科学界就知道了中子星是一种特殊物质组成的致密天体了。
6 U% c# ^1 ^6 x* i1 t+ b根据这种致密性,再根据科学发展史以来的实验数据和各种数理逻辑公理,就可以计算出这种物质是一种什么状态。只有中子简幷压才能经受得这种引力重力压力。/ Q; L: I6 J  a3 Y
因此我们知道了中子星上面的物质,在极高的压力下,电子已经被压进了原子核。电子带负电,原子核中的质子带正电,电子与质子中和成了中子,加上原有的中子,这样中子星上的物质就全部变成了中子,整个星球就是一个由中子组成的大原子核(大中子核)。* ]1 u& d# E$ q) @2 p% s

5 ?/ u0 n+ O9 J& r5 f$ t这个大中子核的中子简幷压抵抗住了中子星巨大的引力压力,维持平衡。但超过了奥本海默极限,中子简并压就吃不消了,就会继续坍缩为一个黑洞。% X' ]8 R5 c. v) g  B
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这时,所有物质都汇集到了黑洞中心那个没有体积的奇点上,密度就变得无限大了。- v. Q: M5 w: C$ C* k4 L
奥本海默极限目前还没有准确的参数,一般认为不得超过太阳质量的3倍,但也有研究认为不旋转的中子星奥本海默极限为2.16个太阳质量。8 ?: y- R' {( E+ T- r) e+ I. i
这就是中子星一些特性参数的来源,欢迎共同探讨。
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$ y# @) Z' L" w7 E/ g, v2 @时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,全部文章均为原创,如喜欢请关注支持,谢谢。- n3 l' g" J5 Q7 x" y% p

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