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中子星如此神奇,你知道它最後的歸宿嗎?相當奇妙!

中子星,一個神奇的存在,它的物質密度僅次於黑洞,達到了1億到10億噸每立方厘米,足以令我等吃瓜群眾驚訝:想像一下,本人體重80公斤,同樣體積的一坨中子星物質,質量妥妥的超過8萬億噸,相當於20多個珠穆朗瑪峰,甚至更多,想想就讓人興奮!

中子星是大質量恆星壽終正寢時,在超新星爆發中形成的。當瀕死恆星內核的質量超過一定限度,電子簡併壓已經不足以對抗引力,核心繼續坍縮,直至電子被壓入原子核內,形成幾乎是純中子的物質,中子簡併壓扛住了引力,於是中子星就形成了。
超新星爆炸

關於詳細的中子星形成過程,網上資料眾多,各位隨便搜搜便知。本文的重點是探討中子星形成之後,它最終的歸宿是什麼?又將演化成怎樣的星體呢?且聽人馬君為您介紹中子星的幾種可能的歸宿:
被黑洞吞噬
宇宙中的恆星中,雙星的比例很高,因此一顆中子星往往還有伴星。這顆伴星可能是恆星,也可能是白矮星,但如果是一個黑洞的話,就有點兒懸了。

當黑洞吞噬其它恆星的物質時,會將物質從恆星下扯下來,慢慢的吞噬。而中子星是如此緻密的天體,不會被輕易扯碎。因此,雙方會先跳起死亡的舞蹈,互相環繞運行,並釋放引力波。隨著勢能被引力波消耗,二者越來越近。最後中子星會被黑洞吞噬。如果中子星比較小的話,將會直接沖入黑洞視界內,然後才被撕碎,但物質和光都已經無法逃脫視界了,所以我們什麼也看不到;而如果中子星比較大,會有足夠的時間在視界外將中子星扯碎,一部分被吞噬,另一部分中子星物質被拋出,同時釋放出強烈的伽馬射線暴,這一過程持續的時間很短。
黑洞合併中子星想像圖……其實不是那麼像

2005年7月24日,NASA的雨燕和錢德拉X射線太空望遠鏡都探測到了一次伽馬射線暴,輻射強度達到太陽的1億倍,持續僅兩秒鐘,被命名為GRB050724。而歐洲南方天文台的VLT望遠鏡在7月24日和29日拍攝的兩張照片,顯示了這一事件的餘輝。這次事件被認為極有可能是黑洞吞噬了一顆中子星。
歐南台的GRB050724光學圖像,左邊是爆發12小時後,右邊是爆發5天後
吸收其它恆星的物質,成為黑洞
如果中子星的伴星是一顆正常的恆星的話,那麼它將成為佔據主動的一方!當雙方接近到一定程度後,恆星上的物質會被中子星吸積過來,使中子星的質量不斷增長。在這一過程中,氫原子在中子星的表面甚至可能發生核聚變,看起來就像是原來的恆星又復活了。

而一旦中子星的質量達到了奧本海默極限,也就是一般認為的3.2倍太陽質量時,中子簡併壓也無法再與引力抗衡了,此時中子星將坍縮成一個黑洞,在此過程中會發生類似超新星爆發的現象,同時在兩極釋放出強大的伽馬射線暴。
中子星從紅巨星上吸取物質

也有科學家認為在中子星和黑洞之間還存在一種夸克星,中子星會先轉化為夸克星,如果質量再進一步增加,才會變成黑洞。但目前還沒有證據證實夸克星的存在。
雙中子星合併,形成黑洞或磁星
如果雙星的兩顆星都是中子星的話,雙方就幾乎勢均力敵了。在經歷了熟悉的引力舞蹈之後,兩顆中子星將合併,如果合併後形成的星體質量超過了奧本海默極限,也將形成一個黑洞。在此過程中,大量的中子星物質會被拋撒出來,隨著中子的迅速衰變,會在很短時間內形成大量的重元素,甚至包括大量的黃金!
雙中子星合併

2017年10月16日,美國激光干涉引力波天文台(LIGO)和歐洲處女座引力波探測器(Virgo)同時探測到一個引力波事件GW170814,在分析了引力波的頻率特點後,被認為是人類首次觀察到兩顆中子星的合併。

2019年,中國科學家在《自然》雜誌上撰文,提出了中子星合併後有可能會形成大質量毫秒磁星。這個大質量磁星以超高速旋轉,其離心力可以抵禦引力,從而不至於變成黑洞。2015年錢德拉望遠鏡探測到66億光年外的新型X射線暫現源,被認為可能是雙中子星合併後形成的磁星。
奇特的磁星

不過,人馬君認為,大質量磁星的旋轉能量會迅速衰減,當離心力不足以抵抗引力時,它還是會變成一個黑洞。
自然冷卻
假如中子星不位於雙星系統中,而是孤零零的自己獨處時,上面那些激動人心的場景就不會出現了。它將經歷緩慢的冷卻過程,自轉速度會逐漸降低,表面溫度不斷下降。在歷經數百億年至數千億年的冷卻後,會演化為一顆溫度很低的「黑中子星」,此時的它已經不能輻射出光線,以至於難以被發現。
黑中子星

根據大爆炸理論,宇宙的年齡是138.2億年,因此在現在的宇宙中,還不存在黑中子星。人類恐怕是等不到黑中子星出現的那一刻了。

中子星的歸宿為大家介紹完了,人馬君發現這些中子星不是變成了黑洞,就是變成了黑中子星。事實上,如果宇宙可以存在幾千億、幾萬億甚至幾十萬億年的話,如果宇宙沒有收縮的話,由於黑洞也會蒸發,可能最後只會剩下這些黑中子星和黑矮星,陷入一片漆黑的「熱寂」。

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