磁星:中子星与踢

中子星是银河系中奇怪而神秘的物体。随着天文学家获得能够观测它们的更好的仪器,它们已经被研究了几十年。想象一下,一个颤抖的固体中子球紧紧地挤在一起,形成一个城市大小的空间。...

中子星是银河系中奇怪而神秘的物体。随着天文学家获得能够观测它们的更好的仪器,它们已经被研究了几十年。想象一下,一个颤抖的固体中子球紧紧地挤在一起,形成一个城市大小的空间。

artist's concept of a magnetar

有一类中子星特别有趣;它们被称为“磁星”。这个名字来源于它们是什么:具有极强磁场的物体。虽然正常的中子星本身具有难以置信的强磁场(对于那些喜欢跟踪这些东西的人来说,磁场大约为1012高斯),但磁星的威力要大很多倍。最强大的能量可能超过一万亿高斯!相比之下,太阳的磁场强度约为1高斯;地球上的平均场强是半高斯。(高斯是科学家用来描述磁场强度的测量单位。)

磁星的产生

那么,磁星是如何形成的呢?它从一颗中子星开始。这些都是当一颗大质量恒星耗尽氢燃料在其核心燃烧时产生的。最终,这颗恒星失去了它的外层外壳并崩溃了。结果是一个巨大的爆炸,称为超新星。

在超新星爆发期间,一颗超大质量恒星的核心被塞进一个直径只有40公里(约25英里)的球中。在最后一次灾难性爆炸中,地核崩塌得更厉害,形成了一个直径约20公里或12英里的密度惊人的球体。

这种难以置信的压力使氢原子核吸收电子并释放中微子。地核崩塌后剩下的是大量中子(原子核的组成部分),它们具有极高的重力和非常强的磁场。

为了得到磁星,你需要在恒星核心坍缩期间稍微不同的条件,这会产生旋转非常缓慢的最终核心,但也有更强的磁场。

我们在哪里找到磁星?

已经观测到几十个已知的磁星,其他可能的磁星仍在研究中。其中最近的一颗是在距离我们16000光年的星团中发现的。这个星团被称为Westerlund 1,它包含了宇宙中质量最大的主星序恒星。这些巨星中的一些非常大,它们的大气层可以到达土星的轨道,而许多巨星的亮度相当于一百万个太阳。

这个星团中的恒星非常特别。由于它们的质量都是太阳的30到40倍,这也使得星团相当年轻。(质量越大的恒星老化越快。)但这也意味着已经离开主星序的恒星至少包含35个太阳质量。这本身并不是一个令人吃惊的发现,然而,随后在Westerlund 1中心发现的磁星在天文学界引起了震动。

按照惯例,当一颗质量为10-25太阳的恒星离开主星序并在一颗质量为10-25太阳的超新星中消亡时,中子星(因此也包括磁星)就形成了。然而,由于Westerlund 1中的所有恒星几乎同时形成(考虑到质量是老化率的关键因素),原始恒星的质量必须大于40个太阳质量。

目前还不清楚这颗恒星为什么没有坍缩成黑洞。一种可能性是磁星的形成方式可能与普通中子星完全不同。也许有一颗伴星与进化中的恒星相互作用,这使得它过早地消耗了大部分能量。物体的大部分质量可能已经逃逸,留下的太少,无法完全演化成黑洞。但是,没有检测到伴星。当然,伴星可能在与磁星的前身的高能相互作用中被摧毁。显然,天文学家需要研究这些天体,以便更多地了解它们以及它们是如何形成的。

磁场强度

无论磁星是如何诞生的,其难以置信的强大磁场是其最显著的特征。即使在距离磁星600英里的地方,磁场强度也会如此之大,简直可以撕裂人体组织。如果磁星漂浮在地球和月球之间的一半,它的磁场将足够强,足以从你的口袋里取出钢笔或回形针等金属物体,并完全消磁地球上所有的信用卡。还不止这些。他们周围的辐射环境会非常危险。这些磁场非常强大,粒子的加速很容易产生x射线发射和伽马射线光子,这是宇宙中能量最高的光。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑和更新。

  • 发表于 2021-10-01 06:41
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  • 分类:地理

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