中子星里面是什么元素

【专家解说】：白矮星 白矮星(White Dwarf)是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。 也有人认为,白矮星的前身可能是行星状星云. 白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期，抛射出大量的物质，经过大量的质量损失后，如果剩下的核的质量小于1．44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为，白矮星的前身可能是行星状星云（是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质，它的中心通常都有一个温度很高的恒星——中心星）的中心星，它的核能源已经基本耗尽，整个星体开始慢慢冷却、晶化，直至最后“死亡”。 白矮星具有这样一些特征： （1）体积小，它的半径接近于行星半径，平均小于103千米。 （2）光度（恒星每秒钟内辐射的总能量，即恒星发光本领的大小）非常小，要比正常恒星平均暗103倍。 （3）质量小于1．44个太阳质量。 （4）密度高达106～107克／厘米3，其表面的重力加速度大约等于地球表面重力加速度的10倍到104倍。假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来，因为在它上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。 （5）白矮星的表面温度很高，平均为103℃。 （6）白矮星的磁场高达105～107高低 目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星(Sirius)的伴星是第一颗被人们发现的白矮星，也是所观测到的最亮的白矮星（8等星）。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3％的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10％左右。 白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度在1000万吨/立方米左右。 根据白矮星的半径和质量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万－10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电子。 白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。 当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。 经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。 与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。 我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。 而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。 一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。 白矮星是恒星演化末期产生的天体。这些恒星不能维持核聚变反应，所以在经过氦闪进化到红巨星阶段之后，他们会将外壳抛出形成行星状星云，而留下一个核聚变产生的的高密度核心，即白矮星。 由于缺乏能量的来源，白矮星会逐步释放热能而发光而冷却。其核心靠电子的斥力对抗重力，其密度可达每立方厘米十吨。电子斥力不足以支持超过1.4倍太阳质量的白矮星，外壳的重力会进一步使恒星塌缩成中子星或者黑洞。这个过程中经常伴随着超新星爆发。 释放能量会造成恒星逐步冷却，表面温度逐渐降低，恒星的颜色也会随之变化。经过数千亿年之后，白矮星会冷却到无法发光，成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄（150亿年）不足以使任何白矮星演化到这一阶段。 【形成】 白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量（产生比铁还重的元素不能产生能量，而需要吸收能量）。恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。 一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量，比地球略大。这种密度仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中子星。 大部分恒星的演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大的恒星也可能最终演化成白矮星。 双星或者多星系统中，由于星际物质的交换，恒星的演化过程可能与单独的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星，但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。 白矮星螺旋 在大约1,600光年远的一个叫做J0806的非常著名的双星系统里，两个致密的白矮星每321秒绕各自的轨道旋转一周。钱德拉天文台天文学家的X射线波段数据分析反驳了一个已经给人留下深刻印象的观点：这两颗白矮星的短轨道周期处于一种稳定的状态，当他们的螺旋凑的越近，他们的周期越短。即使它们是分开有80,000公里的两个星(地球与月亮的距离是 400,000 公里)，它们也注定要合并的。根据这个艺术家般的观点描述，著名的J0806系统螺旋毁灭的原因便是同爱因斯坦相对论中预言的那样：白矮星由于重力波产生的影响而最终丧失它的轨道能量。事实上，J0806可能是我们银河系重力波最明亮的光源之一,可以直接利用未来设立在太空的重力波工具捕获。 中子星 中子星 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。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。根据科学家的计算，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颗中子星，而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。 典型中子星的直径为20公里，质量约等于太阳的质量。因此，它们的密度极高，约为水的10的14次方倍，大体相当于原子核内部的密度。在某种程度上，中子星可以认为是由其自身引力吸在一起的巨核。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。中子星的质量下限约为0.1太阳质量,上限在1.5～2太阳质量之间。中子星半径的典型值约为10公里。密度最低的固态表面是高密度的铁。 中子星另一个重要特征是存在强度极高的磁场，超过10的12次方高斯，它使表层的铁聚合成长长的铁原子链：每个原子都被压缩并沿磁场被拉长，而且首尾相接，形成从表面向外伸出的“须状物”。在表面以下，由于压力太高，单个原子不能存在。它使中子星沿着磁极方向发射束状无线电波（射电波）。中子星自转非常快，能达到每秒几百转。中子星的磁极与两极通常不吻合，所以如果中子星的磁极恰好朝向地球，那么随着自转，中子星发出的射电波束就会象一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球，形成射电脉冲。人们又称这样的天体为“脉冲星”。1967年发现了脉冲星，首次证明了中子星的存在。现已发现1620多颗脉冲星，普遍认为它们就是旋转的中子星。蟹状星云脉冲星和船帆座脉冲星的脉冲周期极短，说明它们不可能是白矮星。据认为，脉冲星是由于它们的旋转和强磁场而产生的一种电动力学现象，就像发电机的情况一样。另有证据表明，某些双星X射线源也包含着中子星，它们似乎是由于压缩从伴星吸积到它们表面上的物质而发出X射线的。中子星据信是超新星爆发形成的，在该过程中，随着核心密度增至10趵15次方/立方厘米，中子压力便会顶住中心核的坍缩。若坍缩中心核的质量超过太阳质量的2倍，则不能形成中子星而可能变成黑洞。 中子星的外壳 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。它的外层为固体外壳，厚约1千米，密度为100万～1亿吨／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1亿～10亿吨／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10亿吨／厘米3以上的物态，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。子、电子和μ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,质量下限约为0．1太阳质量，上限为1．5～2个太阳质量. 中子星爆发之前的表面 中子星是由恒星演化而来的。在中子星里，压力是如此之大，电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，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”。 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）。蟹状星云通过X射线发射的能量比它在光学波段的能量高100倍左右。尽管如此，即使在可见光波段，这个星云的光度也是非常巨大的：它的距离为6,300光年,这样它的视亮度对应的绝对星等就是-3.2等左右，超过太阳光度的1000倍。它在所有波段的总光度估计是太阳光度的100,000倍，也就是5*10^38尔格/秒！ 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. 天文信息 2007年3月20日光明网-光明日报：欧洲空间局的科学家最近宣布,他们借助强大的“Integral”天文望远镜,发现了迄今转速最快的中子星,每秒旋转1122圈,比地球自转快1亿倍。 最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说,早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星,但不久前才通过望远镜算出它的转速。 这颗中子星的直径约10公里,但质量却与太阳相近,其密度惊人,高达每立方厘米1亿吨。其巨大引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体,并不断诱发热核爆炸。 天文学家正是通过这种现象发现了它。此前的中子星自转纪录是每秒716圈,恒星转速一般在每秒270-715 圈。700圈曾被认为是天体旋转极限,按目前的物理学理论,转速超过此极限,恒星将被强大离心力摧毁或化 为黑洞。但最新发现否定了这一看法。 理论上,每秒1122转并不是旋转极限,大型中子星转速有可能高达3000转。令天文学家困惑的是,为什么天体在高速旋转的强大离心力下,却依然会不断收缩,而且不损失自身物质。 中子星又称脉冲星，是除黑洞外密度最大的星体，同黑洞一样，也是20世纪60年代最重大的发现之一