在宇宙的已知最密的天体中子星内部发生什么？

By Paul Sutter published 7 hours ago

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我们真的不知道，但可能的一些真正奇特的物理学。

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艺术家的描绘一个磁星——一种有一个强磁场的中子星的概念。 (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

中子星是一些最诡异的宇宙天体，而最大的秘密位于它们的心脏深处。

中子星是爆炸恒星的剩余核，宇宙中已知最密的物质。一个典型的中子星有一个太阳质量的几倍的质量，被压缩成一个跨度仅十几公里的区域。在中子星的最外层，密度比金刚石的密度更大数十亿倍。在中子星的核中，破碎的压力能挤压开原子核，甚至可能质子和中子本身

中子星的表面引力是如此的强以致最大的山脉只有几毫米高。这些表面已经是陌生的，由重原子核组成的一个外壳被压成有电子在晶体晶格中自由游动的一个晶体。

更深往下巨大的引力允许异域的、罕见的同位素丰富存在。通常，你只能在一个原子核崩溃之前塞进如此多中子，由于强大的核力的排斥效应。但中子星的引力保持一切结合在一起。在大约一公里的深度，原子核一次能把持数百个中子。

但甚至这有一个限制。在半英里（1公里）深处甚至那些不可能大小的核崩溃。这是“滴线”，中子开始来泄漏出去的地方。正常情况下任何自由中子在大约15分钟内衰变。但是中子星内部的强烈约束保持中子稳定的并自由流动。

在深入中子星深处大约一英里（2公里）后，物质或许有采取它的最奇怪的形态核意面，在地壳过渡到核的地方这个区域中巨大的力——引力、强大的核力和电排斥力——为统治竞争。这导致奇特的、有夸张的被称为土豆汤圆块状的原子核的形状。

在这下面，单个的块一起挤成长（相对来说这里的一切仍然是微观的）管，被称为意大利面。然后，意大利面一起融合来形成千层面，这然后合并成一个均匀的质量。但这个质量在它之内有缺陷和孔洞，即反意大利面和反土豆汤圆。

总之，核意面区域只有大约330英尺（100米）厚，但它重量超过3000个地球。这是很多意大利面。

一个中子星的大小能是纽约市，质量大于太阳。理论上的夸克恒星会甚至更密。 (Image credit: NASA/Goddard Space Flight Center)

在这个下面，在大约一英里的深度原子核崩溃，因为它们不能够在破碎的环境中维持它们的结构。在这里，中子、质子和一些电子自由的漫游。在一个中子星的核心区域什么真的发生是一个很有争议的事情，因为这里的物理学超出我们目前的理解如此远。

我们强烈怀疑核的外部区域是一个超流体，在那里中子自由以零粘度和零摩擦移动。在这个深度的剩余质子现在也是一个超导体，没有电阻率。在这些深度，密度是可比较到一个原子核，质子和中子尽可能紧的被挤在一起。对所有打算和目的，中子星的这个区域都是一个单一的宏观原子核，不是被强大的核力束缚在一起而是被纯粹的引力力量。

这个区域中的中子确实在支持恒星对抗进一步引力坍塌中起作用。一种方法是通过简并压力-它们被如此紧一起挤以致它们以令人难以置信的近光速速度嗡嗡，这创造压力。与此一道强大的核力在中子之间是排斥的，这防止它们甚至更挤在一起。

然而，在核的最深处我们只是没有想法。最内层核的密度比一个原子核中的更高。我们没有在实验室中复制或重现这些条件的希望，因此我们只有模糊的数学模型来指导我们。在一些模型中，中子保持着它们的超流体状态。

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在其他模型中，可能出现不同形式的物质——比如超子、三角洲和玻色子凝聚物。这是可能的，因为中子和质子是由甚至更小叫夸克的粒子组成。在这些条件下，夸克可能在任何其他环境中立即不稳定的情况下不一样排列和组合它们自己。但在这里，它们可能完美的很好。

在其他模型中，所有的质子和中子——甚至它们更奇异的表亲——彻底的崩溃，形成一个夸克和胶子的汤，强大的核力的载体。

但所有这些都是纯粹猜测。最近的中子星离我们几百光年远，即便我们可以破开它，创造这种异域条件的特殊条件也会崩溃。因此目前来窥视中子星内部的唯一方法是用数学和重剂量的猜测。