中子星的巨大质量,是什么成分构成的?

中子星的密度中子星的质量确实很大,但实际上,中子星更可怕的是它的密度。一般来说,中子星的半径只有10~30公里,比很多小县城都还要小得多。但是它的质量要介于介于太阳质量的1.35到2.1倍之间,相当于地球质量的(4.455*10^5 ~ 6.93*10^5)倍。所以,它的密度是十分惊人的。中子星的密度大概是在每立方厘米(8*10^13 ~ 2*10^15)克之间。

我们举个粒子,一勺子那么多的中子星物质,大概就得有10亿吨左右。所以,相比中子星的质量,它的密度要更加可怕。这是因为它的密度这么高,才使得它的重力特别大,强度是地球的2×10^11到3×10^12倍。这里要补充一点,在强引力场时,我们已经无法使用牛顿力学来表述的,需要用相对论来描述引力,在广义相对论中,引力的本质是时空的弯曲。

由于中子星这样的特点,导致它对于时空的弯曲程度是非常剧烈的,在宇宙中基本上仅次于黑洞的存在。中子星是咋来的?那为什么宇宙中会有这样的致密的天体呢?关于这一点,我们需要从原子结构说起,很多人对原子的结构有误解,实际上,原子是几乎空心的。这一点来自于科学家卢瑟福的实验,他用α粒子去轰击金箔,然后发现,几乎所有的α来子都是直接穿过去的,只有极其少量的发生了偏折。

(发生偏折的本质就是撞到原子内部的东西了。)从这个实验,我们可以得出一个结论:原子核和电子都特别小。如果原子看成是足球场那么大,原子核就只有一个蚂蚁那么大。而电子要比原子核的尺度还要小。因此,整个原子几乎是空心的。这就意味着原子内部有很大的空间是可以被压缩的,比如说排到极致,是可以实现原子核之间的排列,意思就是原子核都挤在一起,就会形成一个致密的物体。

不过,这当中有个障碍,这个障碍叫做泡利不相容原理。这是一种量子效应,说的是费米子(诸如电子,质子)的状态是不能相同的。针对电子来说,就是电子在原子核外需要好好地拍排列,一个萝卜一个坑,不能乱来。当有外力要来压缩原子时,电子就会由于这么一个规则,产生向外的压力,我们称之为:电子简并压力。电子简并压力其实就是用来抵御电子,让电子不至于被压入到原子核内。

但是,如果一颗恒星演化到末期时,核心在引力作用下快速收缩,如果质量大于1.44倍太阳质量,小于3倍太阳质量时,引力就强到可以把电子压入到原子核内,电子和质子反应生成中子和中微子,于是,整个天体就成了中子拍排列了。刚才说到的中子星其实就是这么来的。而它的密度实际上就和原子核的密度相近。(如果恒星的核心质量大于3倍太阳质量,就会形成黑洞。

)不过,我们要注意的是,中子星并非由完全都是由中子构成的。当电子被压入原子核后,之所以还没有继续被压缩,就在于中子也具有简并压力,中子的简并压力此时就会和引力对抗,达到平衡状态。(如果中子简并压力也扛不住,就会变成黑洞。)一般来说,中子星的内核由于压力过大,是由超子(是一种比较重的重子)组成的。中间层是自由的重子,而表层则是有一些电子、质子、中子。

中子星都是由电中性的中子组成的,为什么会有磁场?

谢邀,中子星并不是由我们常说的微粒子中的中子所构成的,也就是说中子星的中子与我们平时所说的与质子相对应的中子一词完全不是一回事。与质子相对应的中子是一种微观不显电性的粒子,所以称作中子。而中子星所表示的中子一词,则是由于强大的引力作用把核外电子挤压到原子核之中,而使这个原子核中质子的正电性与电子的负电性进行中和,而不显电性所产生的一种现象。


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