古时候的人们曾认为夜空中的星星是永恒不变的,但对于今天的我们来讲,这显然是不科学的,宇宙中的各类星体从出生到死亡都会经历一个过程,但对于恒星来讲其死亡的方式很大程度上是要取决于它的质量。通常情况下,低质量的恒星会以白矮星的方式结束自己的一生,大质量的恒星则会以黑洞的方式结束自己的一生,而质量介于中间的恒星往往会以中子星的方式结束自己的一生。
然而核聚变反应会伴随恒星的一生,这一过程始于最简单的原子:氢。要知道融合氢原子核的反应可不是一件容易的事,这需要极大的能量才行,伴随着反应的进行恒星还会发出耀眼的光芒。如果恒星足够大的话,那么它在进行物质融合过程中会形成:氦、碳、氖、氧等重要元素,不过在某个时刻,恒星会耗尽所有能量,此时核聚变停止,恒星演化结束并宣告死亡。
对于较小的恒星来说,它们则以白矮星的方式结束自己的一生,白矮星是一个炽热的白色热物质球,其在数十亿年里会缓慢地冷却下来,虽然白矮星的核聚变反应已经停止,但是由于其自身高温影响,使得它们依旧会发光。对于真正的大质量恒星来说,核聚变在结束之后,由于重力的作用会对恒星本身造成严重破坏,巨大的引力会将其整体紧密地挤压在一起,最终形成黑洞,众所周知,黑洞的引力是非常强大的,以至于任何靠近的它的物体都会被吸进其中,甚至包括光线在内。
介于白矮星和黑洞之间则是中子星,中子星主要由中性粒子构成,英国物理学家欧内斯特·卢瑟福早在1920年就曾预言了中子的存在,不过在十几年之后,才由英国物理学家詹姆斯·查德威克真正观察到了中子,你可以在大多数原子核中找到中子,它们也可以在一个叫做“电子俘获”的过程中产生,只要有足够的作用力,质子和电子进行结合便可形成中子和中微子,中微子具有超高速且难以捕捉的特性,所以通常情况下在反应发生之后,会将中子留下,这一过程是理解中子星如何形成的关键。
假设有一颗垂死的恒星,它的质量比我们的太阳高出50?由于恒星的引力很强,足以把电子和质子挤压在一起形成中子和中微子,中微子会飞向太空,而留下来的将是一个很大的中子球。巨大的引力会继续挤压中子,但最终这一过程将会在泡利不相容原理的作用下而停止,泡利不相容原理大致是说两个粒子不能同时占据空间中的同一个位置,至此一颗中子星便形成了!下面让我们从白矮星到中子星再到黑洞的转换过程进行一个量化对比。
假设有一颗垂死的恒星,我们先将其质量设定为1个太阳质量,这时会产生一颗与地球大小近似的白矮星,然后我们将恒星的质量增加,这时重力也会增加,白矮星会变得更小并且旋转得更快,一旦我们将其质量设置为1.39个太阳质量,这时引力足够大,以至于可以把电子和质子结合起来,形成中子和中微子,而当前设定的这一质量数值被称为钱德拉塞卡极限,现在这颗垂死的恒星变成了一颗中子星,同时它收缩成了一个半径约为10公里的球体,旋转速度可达每秒数百次,我们进一步增加恒星质量,其引力最终会变得足够大,并将中子分解,这时中子星会坍缩成黑洞,而此时的恒星质量被称为托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限,虽然它的确切值目前还不清楚,但可以肯定的是它的范围是从1.5到3.0太阳质量。
其实早在一个世纪之前,德国天文学家沃尔特·巴德和瑞士天文学家弗里茨·兹威基就曾预言超新星可以产生中子星,在经过不懈的努力之后,终于在1967年,人类首次观测到一颗脉动中子星,要知道宇宙是极其浩瀚的,究竟还有哪些秘密是我们没有揭开的呢?欢迎评论区留言讨论。
文章来源:《探索科学》 网址: http://www.tskxzzs.cn/zonghexinwen/2020/0802/514.html