宇宙最强物质碰到黑洞,谁能赢?是它撕裂黑洞,还是被囫囵吞下?

说宇宙寻真理 2024-02-17 20:15:46

小明有一天走在路上,看到地面有一块玻璃球大小的石子,忍不住抬脚踢了一下。没想到那粒小石子就像被焊接在地面一般纹丝不动。

看着这粒石子,小明又手欠的举起了一块大石头,试图把硌了脚的石子砸碎。手起石落后,大石头竟然应声而裂。

再看那粒小石子,它的表面似乎更加圆润光滑透着光泽了。它,就是本不该出现在地球上的“中子星”构成,也是全宇宙最硬、最坚不可摧的物质,其质量大得甚至能把自己“压死”。

核意面或者叫核面食

小明碰到的奇怪小石子,它表现出来的特性,可以将其假设为中子星的一部分。当然在实际中,以中子星超乎常规的密度,不要说出现在地球上,就是出现在靠近地球的太空区域,也能以小身躯对地球产生实质性影响。

换言之,中子星不可能以任何形式出现在地球上,因为地球不具备接纳它的条件。不能真实出现,但对科学家来说,他们可以通过超级计算机模拟。

2018年,印第安纳大学与加州理工学院的科学家,就用超级计算机联合进行过一场实验。科学家利用模拟实验,第一次找到了如何破开中子星外壳的方法。

在科学家看来,中子星的外壳具有极其致密的结构形式,不要说一块石头砸不开,就是用钢铁,也丝毫不能伤及其分毫。

它的外形,犹如不同面食的堆叠,所以国外的科学家才戏称这层外壳物质为核意面或者是核面食,实际你称呼它核拉面、核烩面、核扯面都可以。

虽说人家被科学家起了一个听起来很软的诨名,可它却是整个宇宙中最强最硬的物质。按照科学家的说法,中子星的密度,与地球上的任何物质比起来,都比它们高100万亿倍。

中子星的外壳也极其坚硬,实际上它并不会破裂,根据计算机理论模拟的结果是,比普通钢铁硬100亿倍的物质或者是力量,才能把中子星的外壳弄开。

高强度的背后是高致密性,中子星是恒星死亡后,因为引力塌缩再引发超新星爆炸才产生的形态。说的形象一点,它就是一颗恒星燃烧殆尽后,剩下来的内部物质。

那粒小石子有多重

小明见到的小石子,正因为很硬致密性强,所以质量才异常的大。从演化来看,中子星的前身是大质量恒星,它在燃烧殆尽死亡后,形成了中子星这种形态。

假设中子星在未来继续演化,它最终的归宿就是黑洞。所以在整个宇宙空间,如果黑洞是密度最大的天体,中子星的密度就排在第二。

也正因为如此,中子星的质量很高。一个很形象的比喻是,太阳这种质量不太大的恒星,死亡后经过演变,最终形成白矮星。

它的密度质量也很大,像小石子一样大小的白矮星,重量就堪比一辆汽车。可同样体积大小的中子星,它的质量则相当于一座山。

此前也有报道显示,中子星每立方厘米的质量可达1亿吨。所以在宇宙中,一颗典型的中子星,它的体积其实很小。

根据科学家先有的观测研究显示,中子星的半径只有10到20公里,而且质量越大它其实缩的越小。用宇宙的尺度来衡量,这体积也未免太小了。大小不重要,关键是它的质量和密度高到离谱。

人类对中子星的了解,最早是从上世纪60年代开始的,这个时间节点与对黑洞的认识是同步的。由于认识它的时间并不是很早,所以围绕中子星还有很多谜团。

其中之一就是它外壳的硬度,这种坚硬无比的固态成分,科学家认为它是由富含中子的原子晶体构成。现实的实验,根本无法复制出中子星表面这种极端的特性。

即便用超级计算机模拟,整体的运算量也相当的大。此前一个叫查尔斯·霍洛维茨的科学家就发现,中子星的外壳之所以如此坚硬,是因为所构成的晶体中,根本不存在裂缝和缺口。

对比之下,地球上不管是岩石还是钢铁的晶体,肉眼看起来是一个整体,可实际上在构成的晶体结构中,都存在裂缝和缺口。正因为如此,这些人类已知的坚硬物体才都会破碎。

中子星因为密度太高,超乎想象的高压,让组成其外部机构的物质,都牢牢的贴合在了一起,极端的高压让晶体上可能存在的裂缝都消失了。

也因此,它最终所形成的晶体是非常纯的。同样大小的中子星外壳,与同样大小的不锈钢金属比起来,在相同的压力之下,不锈钢金属可能以破碎了几十次,而中子星的外壳依然纹丝不动。

火柴盒和十万个火车头

中子星的外壳,也就是戏称为的核意面,它内部原子间的紧密程度,比常规的钢铁原子紧密程度高到无法想象。

外壳很硬,意味着中子星能够支持起比想象中更大的隆起物。相应的在中子星的表面也会产生更大能量的引力波。

当一颗恒星最终坍缩成为中子星后,自转加快的同时,它周身也会产生强大的磁力,就像是一块超级磁铁。在它身上的某一部分,会一直向外发送电波。

一切都是因为恒星的坍缩产生了强大的压力,物质结构发生了极大的变化,坍缩过程中原子的外壳被压破了,就连原子核都能被压破。

破碎了的原子核中,质子和中子都被挤压了出来,质子和电子再次形成中子,所有的中子被挤压在一起,最终形成了中子星。

火柴盒大小的中子星物质,需要10万个火车头才能拉得动它,所以小明仅凭一脚之力就把小石子踢走,这是绝对不可能的。

中子星不但重,能量辐射也比恒星大。一颗中子星和太阳相比,前者的能量辐射是太阳的百万倍。这意味着什么,你眨一下眼的功夫,中子星辐射产生的能量如果转化成电能,就够地球上所有的人类使用几十亿年。

这也是为什么,在众多的科幻作品中,人类幻想可以利用中子星或者白矮星打造戴森球,通过接收它们产生的强大能量,就能持续推动文明的进步和延续。

当中子星遇到黑洞

中子星的密度很高,但是其体积很小,假设中子星和黑洞相遇后,又会发生什么呢?科学家在2019年时,曾监测到一颗中子星正在被黑洞吞噬。过程中产生的引力波,在宇宙深处都引起了阵阵涟漪。

地面的引力波探测器,监测到了中子星和黑洞碰撞后产生的信号,科学家需要具体分析,这究竟是真实发生的事件,还是背景噪音中产生的随即声音。

仪器当时监测到,两个超大质量的物体碰撞在一起后,都引发了宇宙深处的时空涟漪。对于这一点科学家是很感兴趣的,因为他们想搞清楚,当黑洞吞噬中子星的时候,中子星是否会被黑洞撕裂,还是会丝滑的陷入黑洞的深处。

把黑洞想象成一头猛兽,它在吞噬一切的时候,究竟是将物质咀嚼后吞咽呢,还是不咀嚼而直接咽下去了。

而且,像中子星这样拥有坚硬外壳的物质,黑洞如果是咀嚼吞咽,会不会把自己的“牙齿”也给咯碎呢。

很显然,就连科学家也无法回答这个问题。目前,也仅仅是地面的监测仪器,发现了两者相互融合所产生的信号。

值得一提的是,中子星如果继续演变,最终的归宿也是黑洞,也就是说在时间线上,黑洞形态要比中子星靠后才会产生。

所以,当宇宙中发生黑洞吞噬中子星的事情,说明中子星所在的区域,此前的恒星是双星或者多星系统,恒星的死亡过程有时差,所以才会让两种不同形态的物质在同一时空里相遇了。

还有一种可能是,黑洞形成后,它在不断扩大和移动,吞噬到了中子星所处的区域,进而就将其吃下去了。

不管是哪种情况,这都说明黑洞“不挑食”,管你是再硬的物质,也能将其吃掉。只是黑洞和中子星,两者都是致密性极强的天体,密度都很高的两种物质碰撞,肯定会引起宇宙内一阵激荡的。

中子星的研究和探索途径

几十年的时间,通过各种各样的天文观测,为科学家理解中子星的各种物理细节,提供了大量而重要的依据。

科学家知道了中子星的磁场,弄明白了它的磁层结构和各类辐射信号的机制。此外,围绕中子星的大气层和内外壳层的组成成分,包括局部的热核爆发过程等,科学家也掌握了一定的情况。

但纵然如此,科学家至今对中子星内部的物质状态还是知之甚少。从上世纪60年代到80年代,科学家建立了不同的物理标准模型,都是为了解决和研究中子星的内部问题。

在这种设想的基础上,科学家认为中子星的物理本质是奇子星或者是奇异夸克星。因为这两者的基本属性,跟对脉冲星的观测是吻合的。

除此之外,超子星、混合星、中子超流、质子超导、介子凝聚等概念,也都融合到了中子星的研究中。这些不同的概念,主要区别在于,对构成中子星内核的组成成分有不同的看法。

所以按照这种观点,日常人们提到中子星,只是一个大而泛的概念,实际上背后包含的定义非常的广泛。

结语

天文学技术在不断发展,探索的广度也在延伸,但对中子星整体的研究还相当有限。对于中子星的研究,我国目前也开发出了一系列装置。

比如500米口径的“天眼”,近年来它发现的各类型中子星已经超过了260颗。这些新的研究和发现,都有助于为接下来的探索提供重要的保障。

从理论上来看,中子星的质量再大,本身也存在一个极限,一旦突破了这个极限值,从人类的角度看,它所有的物质信息,都因为极度扭曲而被禁闭起来了。

所以,中子星的归宿,就相当于自身质量大到把自己给“压”死了,也因此它的结局还是坍缩成黑洞。当然到了那个阶段,就又是另外一种形态和结构了。

参考资料:

《中子星研究的过往今来》 华中师范大学天体物理研究所《科学家发现宇宙中最强物质“核意面”》 参考消息 2018年9月20日

0 阅读:52

说宇宙寻真理

简介:感谢大家的关注