为什么你应该要惧怕磁星的原因

Paul Sutter先生是意大利第里雅斯特天文台的研究员及美国俄亥俄州立大学宇宙天文学及实作运用的客座学者...





Paul Sutter先生是意大利第里雅斯特天文台的研究员及美国俄亥俄州立大学宇宙天文学及实作运用的客座学者.

Sutter同时是Ask a Spaceman及RealSpace的播客主持人，他同时在YouTube上有一系列 Space In Your Face的影片，并且此篇文章被刊登于Space.com’s Expert Voices: Op-Ed & Insights上。

我必须坦白地说：磁星(Magnetars)真的令我害怕，但在我解释为什么之前必须先了解磁星是什么。磁星是种很特别的中子星且这些中子星是种特别死亡的恒星。

这些磁星很容易被生产出来只要你是一个拥有巨大质量的恒星。所有的恒星都在其核心处将氢气融合成氦气。被释放出来的能量支撑着恒星不被自身重力的重量给压碎，并且一个很有用的副作用是它会释放出生命所需的温度及光线给任何环绕着它的行星。但是来自核心的燃料终将会耗竭，在此时受到重力的影响恒星的核心处会更加的挤压在一起。



随着压力加大，存于恒星中的氦气开始融合成氧气及碳元素直至氦气完全耗尽。这就是我们的太阳在融合后的结果，但是有更多大质量的恒星会继续进行着不均匀的燃烧，进行着更多密集及短生命周期的反应，在周期表上的体现反应直至镍元素及铁元素。

一旦固体的镍元素及铁元素在恒星核心处形成，很多的反应会变得杂乱无章且飞速。在此时仍然有许多的恒星物质残余在大气中往核心推挤，但更多的融合并不会释放能量因此也不会有残留能量去避免恒星衰竭。

恒星会衰竭：镍元素及铁元素的原子核会分离(没错只有原子核，不要想在这种温度及压力下还能有完整的原子)。这些元素没办法应对核子冲击。迷路的电子群被推到最近的质子群并且转化成中子群。中子群仍然维持在中子群的状态并且保持在满稳定的状态去预防恒星进一步的衰竭反映，一会儿我会再作解释。那些流入的气体尝试着把核心挤压成乌有并被中子核弹出并发出"喀不拉莫"的爆炸声响。(注：我实际上并不知道那爆炸的声响)

中子球



在超新星爆发会发生什么现象的讨论是个令人兴奋的题目。我们现在专注在残余物质的讨论：糊状长得像球的中子团和一些流浪的质子群。中子球受到自身简并压力(degeneracy pressure)的支撑去抵销自身的重量，简并压力是个好听的说法指的是你只能装载特定数量的中子群到一个箱子或是一个球体内。这是显而易见的中子将会占据了整个球体，但事情并不一定要照这剧本走。事实上是这简并压力造成了超新星爆发的剧烈反应。

我应该特别提到这点，如果仍然有许多的剩余物质围绕在中子球周围，它本身的重量将会压迫到简并压力。就在此时看看发生了什么：一个黑洞就这样被创造出来了，但这也是另一个故事了。我们绝对不会想要像那个被压迫的可怜恒星一样。

中子球，或者我该合适地称它为中子星是很奇怪的，我想这是形容它(中子球)所用得最好的词汇。中子星基本上就是如同城市大小体积般的原子核，是由全宇宙密度最高的东西之一。在这些恒星内部的重力把原子核挤分开让它的部位随意地飘移。

大部分的时候都是中子群在里层，但仍然有部份的质子群在周围飘移。一般而言，这些质子群会相互排斥但是它们就像被强核力(Strong Nuclear Force)强迫跟中子群绑在一块。



在中子星内部存有在极端情况下，复杂的物理交织作用造就了奇怪的构造。从表面开始，有着数百个长的像意大利面疙瘩的中子团;在那之下，中子团互相连结成许多条长链就如同我们已经进入了意大利面的表层;再往里走，遇到了更极端的压力这些意大利面状的长条链互相融合成千层面般的构造;更往里走，千层面般的中子群失去了本来的形状转变为整齐划一的棒状物，但是这些棒状物有着长长的隧道般的洞通过中心，最后形成了如同意大利笔管面般的形状。

我希望这些名字是我捏造的，但这些比喻是极度饥饿的物理学家所想出来的。

我有提到中子星会旋转吗？没错，每秒钟转了数百次。一个有如此大重力的物体仅仅有数毫米高，旋转的速度可媲美你厨房的果汁机。好了！我们不再是乱来了。

中子星很恐怖



诸如种种所述：不可思议的密度，超复杂的结构及荒谬的高转速代表着中子星携带着满吓人的磁场。但磁场的产生不是需要充饱电的粒子吗？中子不是中性的吗？你说的对，但仍然有许多质子在里面打转，而这些高密度让物理学变得很复杂...所以就算是中子星，它们仍然带有磁场。

磁场究竟有多强？当你试着挤压一个中子星的磁场，每当你挤压一次磁场就变得更强，密度也变得更高。假定我们在挤压从恒星大小(直径100万公里或英里)到城市大小(直径25公里，大约15英里)的中子星，配合着内部的相关复杂的物理反应过程会加大磁场的影响，因此你可以想象这些磁场将有多强。



事实上你不需要想象，因为我将会解释给你了解。让我们从熟识的地球开始，它的磁场大约是1高斯(gauss)，这大约跟太阳的磁场差不了太多大约相差几高斯到数百高斯(取决于你在太阳的哪个表面上做测量)核磁共振的检查呢？大约是10000高斯。最强的人造磁场大约是数十万高斯;事实上，我们没办法在机器不损坏的情况下制造出高于一百万高斯的磁场。

让我们回到中子星的磁场上，它大约有1兆高斯强度的磁场。你没有看错！单位的确是”兆”。

进入磁星



我们终于要来谈磁星了，你大概可以猜到它得名于磁力的强度(大约是一百万的四次方高斯);这大约是你目前所处磁场的1000兆倍强，这让磁星赢得了宇宙最强磁场竞赛的冠军，数字很庞大到我们很难用大脑去理解它。

这些磁场强大到带给它们当地环境毁灭性的破坏。你知道原子群是由带负电的电子环绕着正电的原子核所组成的吗？这些电荷会对磁场有反应，但在正常的情况下不会。任何不幸的原子群会在磁星群变成笔管形状。

它可不会就此打住，在所有原子群打乱之后;一般的分子化学作用都将不适用于此。你说共价键(Covalent bonds)吗？哈，磁场可是会带来巨量的高密度辐射爆炸;一般而言可不是什么好事。



如果不幸离磁星太近(1000公里或近600英里)它所产生的磁场仍强大到可以影响你的生物电子使你的神经失效及影响你的分子结构。在磁星的范围内，你将会被溶解...

我们没办法准确自了解为何磁星有如此强大的磁场。如同我所描述，中子星在物理学上的描述还很概略拢统。看起来磁星的寿命并不长，大约经过了1万年(上下)以后它们将会稳定下来变成一般的中子星(仍然密度极高，磁场超强只是没有磁星那么可怕)。

因此即便是它们很恐怖，但至少它们不会存活那么久。

    关注 世界未解之谜