中子星由中子組成，既然中子呈中性，為啥會(huì)有超強(qiáng)的磁場(chǎng)？

有人問(wèn)：既然中子星是由不帶電的中子組成，為啥還有極強(qiáng)的磁場(chǎng)？

首先，我們了解一下中子星是怎么來(lái)的？有資格形成這種天體的恒星質(zhì)量必須大于太陽(yáng)的8倍，小于太陽(yáng)質(zhì)量的30~40倍。這種大質(zhì)量恒星在壽終正寢時(shí)會(huì)拼盡全力來(lái)一個(gè)回光返照，爆發(fā)出巨大的能量，將大部分質(zhì)量散盡回歸太空，中心留下一個(gè)致密的核，這個(gè)核有太陽(yáng)質(zhì)量的1.44倍以上到3倍左右，這個(gè)核就是中子星。

這個(gè)核有多大呢？半徑10~20km。有人老不相信中子星有那么“重”，每立方厘米質(zhì)量達(dá)到1~20億噸，想想就明白了，一個(gè)10~20公里半徑的球，濃縮了1.44個(gè)太陽(yáng)以上的質(zhì)量。要知道太陽(yáng)質(zhì)量是1.9891x10^30kg，半徑為69.6萬(wàn)km。掰下手指頭，用太陽(yáng)質(zhì)量乘以1.44，再除以半徑10km的球體積，其密度不就出來(lái)了？

上面這幅照片顯示的就是距離我們6300光年的蟹狀星云，這是在1054年爆發(fā)的一顆超新星遺跡，其中心就是一顆中子星，也是一顆脈沖星。

中子星的幾個(gè)極端特點(diǎn)。中子星的特點(diǎn)除了密度大，還有自轉(zhuǎn)速度超快、溫度超高、壓力超大等特點(diǎn)。

中子星自轉(zhuǎn)主要是繼承了原恒星的角動(dòng)量，這有點(diǎn)像跳冰上芭蕾，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員縮緊身體時(shí)，緩慢的旋轉(zhuǎn)就會(huì)變得快了起來(lái)。原恒星都是數(shù)十萬(wàn)甚至百萬(wàn)千萬(wàn)km半徑，縮小到10來(lái)km，因此轉(zhuǎn)起來(lái)就快多了。最快的毫秒級(jí)脈沖星，如代號(hào)為J1739-285的中子星，自轉(zhuǎn)速度達(dá)到每秒1122轉(zhuǎn)；已知最高轉(zhuǎn)速的中子星PSR0535-69，轉(zhuǎn)速高達(dá)每秒1968轉(zhuǎn)。

中子星剛形成時(shí)，溫度可達(dá)10^12K，就是萬(wàn)億開(kāi)爾文，而太陽(yáng)表面溫度才6000K，中心溫度才1500萬(wàn)K。中子星溫度比太陽(yáng)溫度高出上億倍。隨著時(shí)間的推移，中子星溫度經(jīng)過(guò)一個(gè)“烏卡”過(guò)程，10000年后，中心溫度會(huì)降到1億K，表面溫度會(huì)降到100萬(wàn)K。

中子星壓強(qiáng)達(dá)到10^28個(gè)地球海平面大氣壓，也就是比地球海平面高出1萬(wàn)億億億倍，比地球中心壓力約300萬(wàn)海平面大氣壓高出30萬(wàn)億億倍，比太陽(yáng)中心3000億大氣壓高出3億億倍。

由于中子星這種極端特點(diǎn)，它除了害怕黑洞，任何天體靠近它都會(huì)被它吃掉，就更別說(shuō)人造天體了，因此人類想要近距離觀測(cè)中子星是不可能的。中子星的表面逃逸速度達(dá)到光速一半，也就是每秒15萬(wàn)km，如果一個(gè)人被中子星引力捕獲掉落其上，速度將達(dá)到一半光速，撞擊造成的能量達(dá)到2億噸TNT爆炸威力，相當(dāng)4枚世界最大核彈沙皇炸彈，或15000多顆廣島原子彈同時(shí)爆炸威力。

不過(guò)這點(diǎn)威力在中子星極大的重力場(chǎng)作用下，可能掀不起一個(gè)毫米的波浪。

還有一個(gè)極端特點(diǎn)就是超強(qiáng)磁場(chǎng)。

中子星的磁場(chǎng)有多強(qiáng)呢？我們來(lái)比較一下。磁場(chǎng)的衡量單位叫“高斯”，字母表示為Gs。地球磁場(chǎng)為0.7Gs，就足以抵擋太陽(yáng)風(fēng)的侵襲；木星磁場(chǎng)達(dá)到14Gs，是地球的20倍；太陽(yáng)磁場(chǎng)極區(qū)普遍磁場(chǎng)很低，只有1Gs，但太陽(yáng)磁場(chǎng)活動(dòng)性很大，兩極噴發(fā)時(shí)可達(dá)1000Gs，日面寧?kù)o區(qū)磁節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度也達(dá)到上千Gs，但黑子爆發(fā)磁場(chǎng)可達(dá)4000Gs。

這些看起來(lái)已經(jīng)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，與中子星磁場(chǎng)比起來(lái)完全是小兒科了，就連用“小巫見(jiàn)大巫”來(lái)比喻都大大高估了恒星磁場(chǎng)了。中子星的磁場(chǎng)強(qiáng)度至少在數(shù)千億Gs以上，絕大多數(shù)脈沖星表面極區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度都高于10000億Gs，甚至高達(dá)20萬(wàn)億Gs。

脈沖星是中子星的一種，就是旋轉(zhuǎn)的中子星，因不斷地發(fā)出電磁脈沖信號(hào)而得名。其實(shí)中子星都會(huì)旋轉(zhuǎn)，只不過(guò)有快有慢，那么怎么有區(qū)別于脈沖星呢？

這是因?yàn)樘祗w的自轉(zhuǎn)軸與磁軸并不重合，中子星也一樣。這樣中子星旋轉(zhuǎn)起來(lái)，從磁極發(fā)出的能量射線就會(huì)像燈塔一樣掃過(guò)太空，而這束能量正好掃到地球，并且有規(guī)律的重復(fù)掃過(guò)，被人類接受到了，這顆中子星就是脈沖星。由于中子星很小，那些雖然也有旋轉(zhuǎn)和能量射出的中子星，由于其能量信號(hào)沒(méi)有掃過(guò)地球，就比較難被人類發(fā)現(xiàn)，即便發(fā)現(xiàn)了，也不叫脈沖星，依然叫中子星。

現(xiàn)在我們來(lái)說(shuō)說(shuō)，中子星組成和帶不帶電的問(wèn)題。理論上認(rèn)為，中子星是在極大壓強(qiáng)下，原子外圍的電子被壓進(jìn)了原子核，帶負(fù)電的電子就與核內(nèi)帶正電的質(zhì)子中和為了中子，加上核子里本來(lái)的中子，整個(gè)星球就成為一個(gè)由中子組成的星球，其密度達(dá)到原子核密度。

這個(gè)理論是理想理論，并沒(méi)有錯(cuò)，但在實(shí)際中，中子星本身并不是一個(gè)完整的中子球，而是根據(jù)壓強(qiáng)不同，就像地球一樣，有幾個(gè)不同分層結(jié)構(gòu)。其表層是一些被壓強(qiáng)壓垮，還沒(méi)來(lái)得及與質(zhì)子結(jié)合的游離電子；第二層是處于結(jié)合過(guò)程的原子核、電子、中子等混合體；第三層應(yīng)該是已經(jīng)結(jié)合完成的全中子了，但在極端的高溫高壓下，這里呈現(xiàn)出超流體液態(tài)；第四層是超固態(tài)核心區(qū)。

因此，所謂中子星不帶電這個(gè)論斷是不成立的。何況即便全部是中子組成，而中子是由1個(gè)上夸克和2個(gè)下夸克組成的復(fù)合粒子，夸克是帶電的，上夸克帶2/3正電，下夸克帶1/3負(fù)電。

因此，中子星不帶電是一個(gè)誤區(qū)。

那么中子星的磁場(chǎng)怎么來(lái)的呢？我們先來(lái)了解一下天體磁場(chǎng)是怎么來(lái)的。雖然目前對(duì)于天體磁場(chǎng)的來(lái)歷還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，但目前科學(xué)界認(rèn)同比較多的理論是發(fā)電機(jī)效應(yīng)。

我們知道，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子切割磁力線會(huì)產(chǎn)生電流，由此科學(xué)家提出地球內(nèi)部存在類似“雙軸發(fā)電機(jī)”的磁場(chǎng)產(chǎn)生效應(yīng)。地球內(nèi)部有多重結(jié)構(gòu)，各個(gè)結(jié)構(gòu)密度和狀態(tài)都不同，在地球自轉(zhuǎn)時(shí)，不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速是不一樣的，這樣地球產(chǎn)生了穩(wěn)恒的電流，該電流產(chǎn)生了地球磁場(chǎng)。

太陽(yáng)磁場(chǎng)研究也有類似理論，是由內(nèi)部帶電物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不均衡產(chǎn)生了磁場(chǎng)。但太陽(yáng)磁場(chǎng)產(chǎn)生還有一種化石來(lái)源說(shuō)，這種理論認(rèn)為，太陽(yáng)現(xiàn)有磁性是幾十億年前形成物質(zhì)遺留下來(lái)的。這種學(xué)說(shuō)實(shí)際上就是說(shuō)磁場(chǎng)可以從其前身天體獲得或繼承。

根據(jù)這些理論，中子星出現(xiàn)的強(qiáng)大磁場(chǎng)就不難解釋了。

其一，中子星自轉(zhuǎn)速度極快，達(dá)到地球自轉(zhuǎn)的上億倍，其分層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速差異很大，特別是中間有超流體這種超導(dǎo)物質(zhì)，根據(jù)發(fā)電機(jī)效應(yīng)，必將形成超強(qiáng)的磁場(chǎng)；

其二，中子星是由巨大質(zhì)量恒星爆發(fā)而來(lái)，其不但繼承了前期母星的角動(dòng)量，同樣也能夠繼承母星的磁性。

但最近一項(xiàng)研究否定了第二點(diǎn)，就是繼承母星磁場(chǎng)的說(shuō)法。這項(xiàng)研究是坐落在德國(guó)慕尼黑的馬克斯普朗克天體物理研究所一個(gè)團(tuán)隊(duì)做出的，他們認(rèn)為，中子星可能是在自身形成過(guò)程中產(chǎn)生的極端磁場(chǎng)。這個(gè)過(guò)程是，巨大恒星在坍塌的最初幾秒鐘，新生的中子星通過(guò)發(fā)射中微子快速冷卻，從而引發(fā)了強(qiáng)烈的內(nèi)部對(duì)流，就像一鍋燒開(kāi)的沸水上下翻滾，這樣就導(dǎo)致原本存在的原恒星弱磁場(chǎng)快速增強(qiáng)。

這個(gè)理論支持了發(fā)電機(jī)模型理論，他們通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)這個(gè)理論進(jìn)行模擬，顯示出了中子星初始弱磁場(chǎng)一路放大到10^16Gs，從而正是這種推測(cè)是正確的。

他們認(rèn)為，如果極強(qiáng)磁場(chǎng)是繼承自原恒星，這種極強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致原恒星轉(zhuǎn)速減慢，最終也導(dǎo)致中子星轉(zhuǎn)速很緩慢。但實(shí)際上中子星的轉(zhuǎn)速是很快的，最快的達(dá)到每秒1968轉(zhuǎn)，因此這種強(qiáng)大磁場(chǎng)不可能來(lái)自原恒星。不過(guò)他們并沒(méi)有否定中子星從原恒星中繼承了較弱的磁場(chǎng)，正是有這些較弱的磁場(chǎng)，通過(guò)發(fā)電機(jī)理論才得以快速增強(qiáng)。

這就是中子星極強(qiáng)磁場(chǎng)的大致來(lái)歷。關(guān)于天體磁場(chǎng)形成的準(zhǔn)確完整機(jī)制，依然在探究中。

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