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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

4 {8 p! a9 y0 n' I  ^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。. P. |% R5 k/ X- S; I9 b; f; X
0 C' r  I" n5 M5 O' d
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。
' x3 \+ V5 N5 y. z+ ~2 e% T* k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。
) E4 }! W7 c6 u0 U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。
, q% H' l+ t2 ]& _2 p; w) S
5 B' Z: T) j4 s7 @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。
; f- d/ m6 T& P- V; V4 P2 S, r; m2 T3 y5 b5 @" J" J& I2 w
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。5 [" h/ K" i/ t$ h/ q
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。4 A, V$ g# Y7 w8 S% K: N- W
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。9 O1 X6 b+ n3 L- P" O% o4 e% c

2 K/ c. |; Y5 ^* s' ?$ j" o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。' G! s0 L; p/ C1 A

# d' R; \5 `' j2 m- D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。
( W# _/ V4 h% f3 B3 A3 q$ _5 N! a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。
4 L2 C% T, I  l3 x" Y( N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)。
$ ]( c( `) Q# R2 v" ^3 h9 R& a% R* r, Q/ @' w) B, u4 R
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。$ p2 h* r8 W+ |4 z: F8 f

* s9 c. h& d/ M8 a" C! F4 Z: j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。
) b+ r9 u. X3 w! c9 F1 x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。* W+ ]7 m/ j' w* @2 e. \8 L7 N4 D
这就是中子星一些特性参数的来源,欢迎共同探讨。7 H5 f- [0 J- @- d1 y/ n

: M" f) U# H( U& E3 o. D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。
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$ B  y; ?9 _- [3 N来源:https://www.toutiao.com/a6692990225062298119/& x5 u% O8 n* _
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