中子星是如何演变的?

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说到中子星,就不得不说恒星演化。


恒星通常是从星云的气体和尘埃塔索中诞生,经过百万千万年,达到平衡状态。之后大部分的生命里,恒星都在以核聚变的方式,将氢聚变成氦产生能量。这个过程会使得恒星体积增大,最终经过次巨星,直到红巨星。持续时间长短不一,例如太阳,一百亿年。


恒星质量与寿命:

可见质量越大寿命越短。


将恒星看做圆球,则圆球中任何一个质点所受到的引力的合力总是指向圆心。如果没有足够的力来对抗引力,那么所有原子都会在引力的作用下塌落,最后所有的原子落到中心,成为致密的黑洞。因而恒星处于稳定状态的先决条件是足够的中心压力,和能量来源。


恒星的能源来自于核聚变。在漫长的主序星阶段(大约恒星寿命中90%的时间),氢聚变成氦,当氢耗尽,恒星变得不再稳定,这时引力大于压力,核心变热,体积变小,温度升高,开始新的聚变反应。但外层却向外膨胀,并且逐渐冷却。恒星的颜色因外层温度降低而变红,是为红巨星。


核心温度升高到足够高时,将引发氦核聚变为碳核,继而捕获别的氦核形成氧核的热核反应过程。核心内的氦原子核发生聚变反应而提供一定的能量,使压力和引力达到新的平衡并停止收缩。当氦全部变成碳和氧以后,恒星继续收缩,温度再次升高,温度足够高时,碳聚变为氖和镁,氧燃烧为硅和硫,最后聚变为铁,这时恒星能量消耗殆尽。


恒星演化到末期时,根据它在生命期的质量,残骸可能是白矮星和黑矮星,或中子星,或黑洞。


质量小的平静,质量大的爆发。


恒星塌缩的结果是体积变小,密度增加。质量较小的恒星演化为白矮星,依靠泡利不相容原理产生的电子简并压强来抵抗引力。太阳质量的白矮星体积约10^4km。而根据泡利不相容原理,电子之间的泡利斥力可以抵挡质量小于1.4个太阳质量的重力,但当质量大于1.4个太阳质量,恒星将不能维持白矮星的平衡状态,会继续塌缩下去。1.4个太阳质量即钱德拉塞卡极限。


大质量的主序星在演变成(超)红巨星之后,内部聚变为铁核,铁核越来越大,仅靠原子间的电子斥力已不能支撑它自身的重量.这时,铁核将进入白矮星状态,电子的泡利斥力抗衡万有引力。


当铁核质量超过钱德拉塞卡极限时,中心区域的物质被压缩到其密度达到10^9kg/cm3,大部分电子将在几分之一秒的时间内,被挤进铁的原子核中,与核中的质子合成中子,原子核解体。由于星体物质失去简并电子压力的支撑,因而物质向中心下落过程完全处于自由落下状态,这种白矮星的坍缩比恒星坍缩更加猛烈,星核的密度急剧上升,所有中子被紧紧压缩在一起,塌缩迅速停止,中心形成一个主要由中子构成的超大原子核,靠泡利不相容原理产生的简并中子压强来支撑自己。


中子星也有一个质量上限,奥本海默极限,大约3-4个太阳质量,超过这一极限的中子星会不稳定,进一步塌缩形成黑洞。


推测的中子星内核结构图

此时恒星外层塌缩至核心中子态外层坚硬的内核心上,因而在内核心外不远处立即产生一个很强的向外行进的反弹激波,与塌缩自由下落的巨大动能一起,产生爆炸,摧毁外核心的全部铁核,将整个星幔和大气层抛出,形成超新星的爆发(超新星爆发机制众多,这仅是其中一种)。


恒星塌缩成中子星时。半径极大缩小,但角动量守恒,所以中子星旋转极快.中子星的磁轴与自转轴一般不重合,窗口射出的辐射就像探照灯的光柱一样在宇宙中扫描,每扫过一次地球,我们就收到一个脉冲。故又称作脉冲星。现已观察到质量为1.86个太阳大小的中子星,半径是9.2km。


就酱。

最后PO一个美丽的蟹状星云,位于金牛座内,它的内部是一颗年轻的中子星。公元1054年超新星爆发时,中国曾有记录,《宋史·天文志》记载:至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没。《宋史·仁宗本纪》记载:祐元年三月辛未,司天监言:自至和元年五月,客星晨出东方,守天关,至是没。


中子星会爆炸成星云。星云聚集成恒星,恒星膨胀成巨星或超巨星,超巨星爆炸成中子星······

为什么?