中子星的内部结构是什么

中子星的构造是怎样的？~

脉冲星自转除了逐渐的减慢之外，至少在一部分脉冲星中还观察到突然性的加快。例如：1969年9月在那颗船帆座脉冲星中发现的，它的自转频率突然增大了1％。对于周期准确性达到10亿分之一以上的脉冲星，这个变化可以算是一场轩然大波了，此变化好比是给急转的陀螺加了一鞭似的，使它突然加快了许多。它是怎么发生的呢?有一种意见认为，这是“星震”造成的，星震就是中子星的外壳发生突然的断裂和变形。计算表明，船帆座脉冲星的直径只要改变1厘米，就足以造成观测到的频率增大现象。正像地震波的探测可以告诉我们地球内部的情报一样，这种星震造成的转动加速也能告诉我们许多中子星内部的状况。
自从脉冲星发现以后，引起了一些固体物理学家的兴趣。因为中子星物质是恒星核燃烧以后剩下的“炉渣”，只能靠原来留下的余热打发日子，它们的性质同接近绝对零度的普通物质很相似，有许多奇异的性质。
根据理论的计算，这个奇异世界的最外层是铁壳。铁壳的密度还不十分大，所以电子还没有脱离原子。由这种铁元素及其他一些元素组成的物质是一种晶体。有人认为，这种晶体的刚性比钢大1018倍，抗压缩性比钢大1020倍，导电性比铜好105倍。再往深处，由于密度越来越大，电子被压到核内，与质子结合而成中子。一定深度以下，电子和质子全部消失了，剩下的只有一片中子的海洋。“中子海”是中子星的主体部分，密度为1015克／厘米3。有趣的是，这样高密度的物质却能像处在接近绝对零度的液态氦一样，表现出超流动性，至于在更深处，中子也许会形成固态的品格，在核心甚至可能是超中子构成的物质。
用上述模型来说明星震现象是很成功的。例如：以蟹状星云脉冲星为例，由于它十分年轻，其核心区还没有形成固态中子品格，可以认为是一种鸡蛋一样的构造，外边——层硬壳，内部是流体。高速自转使它成为一个扁球，随着转速的减慢，它的扁的程度会减小，到一定程度使外壳破裂，调整为更接近球形，这时便出现自转突然加速现象。外部的加速转动通过流体慢慢向内传递，使内部也加快转动。角动量的传递速度同星内的流体性质有关，如果是普通的流体，则传得很快；如果是超流体，由于它几乎没有粘滞性，角动量传递很慢。观察脉冲星突然加快以后的恢复过程，发现同超流体的传递速度相符。在蟹状星云脉冲星这种情况下，外壳只要收缩10微米，就能说明它的周期变化了。船帆座脉冲星年龄较大，它的核心部分会形成固态中子品格，成为典型的中子星结构，这样的模型同样能圆满地解释它的周期变化现象。
我们看到，中子星的超密态为我们提供了多么特殊的环境：强大的磁场、巨大的压力、高速的转动，这一切都是地球上无法实现的，甚至也是不久以前所不敢想象的。可以毫不夸张地说，中子星是一个宇宙的天然实验室，它为各个领域的物理学家提供了地球上所没有的从事科学实验的极端条件。

中子星，主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星。1932年发现中子后不久，朗道就提出可能存在由中子组成的致密星。1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念，而且指出中子星可能产生于超新星爆发。1967年英国射电天文学家休伊什和贝尔等发现了脉冲星。不久，就确认脉冲星是快速自转的、有强磁场的中子星。中子星是由恒星演化而来的。关于中子星的形成，许多人认为：某些处于演化晚期的恒星，在其内部发生极其激烈的核爆炸，随后又急剧收缩，恒星的内部产生极大的压力，把原子外层电子挤压到原子核内，核内的质子与电子结合，形成异常紧密的中子结构物质，这时这颗恒星就演变成为中子星。

中子星是一种比白矮星密度更大的恒星，中子星的密度为10的11次方千克/立方厘米，也就是每立方厘米的质量为一亿吨之巨！半径十公里的中子星的质量就与太阳的质量相当了。
中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时，它就有可能最后变为一个中子星，而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。
在中子星里，压力是如此之大，电子被压缩到原子核中，同质子中和为电子，使原子变得仅由中子组成。而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星就是一个巨大的原子核，中子星的密度就是原子核的密度。
在形成的过程方面，当恒星外壳向外膨胀时，它的核受反作用力而收缩，核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是天文学中著名的“超新星爆发”。

中子星，主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星。1932年发现中子后不久，朗道就提出可能存在由中子组成的致密星。1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念，而且指出中子星可能产生于超新星爆发。1967年英国射电天文学家休伊什和贝尔等发现了脉冲星。不久，就确认脉冲星是快速自转的、有强磁场的中子星。图5－1是典型中子星的结构示意图。它的外层为固体外壳，厚约1千米，密度为1011～1014克／厘米3，主要是由各种原子核组成的点阵结构和自由电子气。外壳内是一层主要由中子组成的流体，其密度大约为1014～1015克／厘米3，在这一层中还有少量的质子、电子和μ介子。对于中子星中心部分的密度高达1016克／厘米3的物态，目前还存在着三种不同的观点：（1）认为是超子（一种质量大于核子质量的粒子）流体；（2）是固态的中子核心；（3）是中子流体中的π介子凝聚。
中子星不仅密度高达1亿吨每立方厘米以上，而且它的磁场强度也高达1亿特斯拉以上。中子星的体积很小，它的半径的典型值约为10千米。中子星的质量下限约为0．1太阳质量，上限为1．5～2个太阳质量。

　　中子星是由恒星演化而来的。关于中子星的形成，许多人认为：某些处于演化晚期的恒星，在其内部发生极其激烈的核爆炸，随后又急剧收缩，恒星的内部产生极大的压力，把原子外层电子挤压到原子核内，核内的质子与电子结合，形成异常紧密的中子结构物质，这时这颗恒星就演变成为中子星。

　　银河系中著名的气体星云──蟹状星云的中心星就是一颗中子星（脉冲星）。中子星是目前已知的恒星中最小的。由于中子星的体积很小，所以不能用热辐射接受器观测到。但接收到它们的射电脉冲，在研究脉冲星和双星X射线源时发现了它们。

数万年前，一场“星震”撕裂了磁星的表面，爆发性地释放出能量，产生出一个以光速穿越宇宙的伽玛射线脉冲。Credit: NSF 这场星震以不可思议的速度贯穿着这颗中子星，以每秒94.5周的频率振荡着恒星。“这与钢琴上第22个键——F升半调的频率接近，”托马索·贝鲁尼（Tomaso Belloni）说，他是科研小组的一位意大利成员，他们测到了这个信号。这个国际科研小组由意大利国家天体物理研究所的吉安鲁卡·伊斯雷尔（GianLuca Israel）、路易吉·斯特拉（Luigi Stella）和贝鲁尼领导，他们从罗西X射线时变探测器采集的数据中发现了这种振动。这颗卫星被设计用于研究来自于恒星源的X射线辐射振荡。研究者们发现的奇特振荡开始于中子星巨大爆炸的三分钟之后。这场爆炸仅持续了十分之一秒，释放的能量超过了太阳150,000年内的 辐射总能量。然后，在大约10分钟后，这种振荡逐渐减弱。中子星是迅速自转的致密物质核心，是在耗尽了核燃料的恒星的压倒性坍缩之中形成的，是超新星爆炸的残骸。这种坍缩是如此难以抗拒，以致于电子都被压进了原子核之中，与质子合并成为了中子。最终形成的中子球非常致密，将一颗太阳的质量塞进了一个直径只有10英里（16公里）的圆球之中，以致于中子星上的一小勺物质在地球上将重达数十亿吨。我们银河系中拥有数以百万计的中子星，其中大部分产生的磁场都相当于地球磁场的一万亿倍。但是天体物理学家们已经发现了至少一打超高磁场的中子星，被称为“磁星”，它们的磁场还要再强一千倍——足以在一半地-月距 离以外消去信用卡上的信息。这种强磁场足够强大，它们有时会扭曲中子星的外壳，产生“星震”，释放出比X射线更加高能的伽玛射线。其中四颗磁星已被观测到此类现象，它们被天体物理学家们称为“软伽玛射线再现源”，即SGRs，因为它们总是随机爆发，释放出一系列短暂的伽玛射线爆发。SGR 1806-20就是其中之一。这颗中子星在2004年12月27日爆发，发出的X射线洪流横穿银河系，产生出迄今在太阳系外检测到的最明亮闪光。这次的闪光是如此明亮，以致于它使得太空中的所有X射线卫星时瞬间失明，并且点亮了地球的高层大气。天体物理学家们怀疑，这场异常巨大的爆炸中出现的伽玛射线和X射线辐射爆发，应该是来自于中子星周围高度扭曲、而又突然断裂的磁场，它在中子星上产生了巨大的星震。“这个场面大概类似于一个扭曲的橡皮筋最终断裂，在此过程中释放出大量的能量，”洛希尔说。“随着这些能量的释放，磁星周围的磁场大概可以恢复到一个更稳定的结构中了。”12月27日的能量闪光被NASA和欧洲的几颗卫星检测到，并且被全世界的射电望远镜记录下来。它已经成了无数篇最近几个月中发表的科学论文的主题。“这个巨大闪光突然和意外地出现，将帮助我们了解更多关于磁星本质和中子星内部组成的知识，”洛希尔说，“这也强调出，拥有记录宇宙中异常和不可预知现象的能力 ，对于卫星和望远镜来说，是多么的重要。”

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舟山市13076001412： 中子星的内部结构是什么 - ？
汲若保儿： 中子星,主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星.1932年发现中子后不久,朗道就提出可能存在由中子组成的致密星.1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生于超新星爆发.1967年英国射电...

舟山市13076001412： 中子星的外层是什么,内层又是什么? - ？
汲若保儿： 在密度最大的中心处,物质据信主要是超子和介子.在中介层则多为中子,而且可能处于“超流”状态.尽管温度可能达到百万度的高温,最外面的1000米还是固体的.外壳由各种原子核组成的点阵结构和简并的自由电子气所组成.外壳内是一层主要由中子组成的流体,在这层中还有少量的质子、电子和μ介子. 对于中子星内部的密度高达10的16次方克/立方厘米的物态,目前有三种不同的看法:①超子流体;②固态的中子核心;③中子流体中的π介子凝聚.在极高密度下,当重子核心彼此重叠得相当紧密时(这种情形有可能出现于大质量中子星的中心部分),物质的性质如何,是一个完全没有解决的问题.

舟山市13076001412： 中子星是由什么物质组成?求答案 - ？
汲若保儿： 中子是一种基本粒子,中子星就是由中子聚集在一起构成的 由于形成中子星的恒星密度过大,当核反应停止后,恒星没有足够的能量维持自身的物质及形态,在引力的作用下坍缩成为一个这样的星体:原子被压碎,电子也被压缩到质子中成为中子,这个星体密度极大,由中子构成.它就是中子星]

舟山市13076001412： 中子星的密度是多少? - ？
汲若保儿： 中子星的外层为固体外壳,厚约一公里,密度高达每立方厘米一千亿克以上,由各种原子核组成的点阵结构和简单的自由电子气组成.外壳内是一层主要由中子组成的流体,在这层还有少量的质子、电子和m介子. 对于中子星内部的密度高达...

舟山市13076001412： 中子星之谜 - ？
汲若保儿： 中子星是一种比白矮星密度更大的恒星,主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星.1932年发现中子后不久,朗道就提出可能存在由中子组成的致密星.1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生...

舟山市13076001412： 中子星有什么特征? - ？
汲若保儿： 作为一颗快速自转的中子星,脉冲星具有许多非常独特的性质,这些性质使我们大开眼界.因为,它们都是在地球实验室中永远也无法达到的,从而使我们更加深入地认识到恒星的一些本质.概括起来说,这些性质是:(1)脉冲星无例外地都...

舟山市13076001412： 什么是中子星? - ？
汲若保儿： 中子星是恒星演化到末期,发生超新星爆炸后转变成的一种特殊星体.由于在形成过程中受到巨大压力,使其组成物质中的电子并入质子转化成中子,也就是组成它的物质全变成了中子,所以称作中子星.它最大的特点是密度极大,仅次于黑洞.每一立方厘米中子星物质就有一亿吨重,很惊人吧.就说这么多吧,想知道更具体的,就自己查查吧.

舟山市13076001412： 神秘的中子星到底是怎样的 - ？
汲若保儿： (1)中子星,又名波霎、脉冲星,是恒星演化到末期,经由重力崩溃发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一.恒星在核心的氢于核聚变反应中耗尽,完全转变成铁时便无法从核聚变中获得能量.失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引...

舟山市13076001412： 中子星的地质构造是什么? ？
汲若保儿： 中子星的地质构造包括一个坚硬的外壳和一个超流体的内核

舟山市13076001412： 中子星上面的物质是什么样的 - ？
汲若保儿： 找了一张图说明一下. 首先说明,到目前为止,中子星的确切结构和物质组成还不是很清楚,都是根据物理学定律什么的连算带蒙弄出来的. 上图是中子星的局部纵切面.上面是密度,下面是半径,中间是物质组成和形式. 在中子星的表层,...