大質量恆星燒到最後變成中子星,那中子星內含的能量比之前大還是小?為什麼?

俠客大島主

恆星中的核聚變主要是氫同位素氘和氚發生鉅變,形成一個氦原子核,並放出一箇中子。核聚變過程將釋放原子核內部的能量,簡單來說一個氘核加一個氚核的質量並不等於一個氦核加一箇中子的質量,儘管它們的中子和質子總數是不變的。因為原子核內部中子和質子是以強相互作用束縛在一起的,也就是蘊含了巨大的能量。不考慮釋放中子的動能的話,兩個中子和兩個質子組成的氦核所需要的強相互作用能量比一個氘和一個氚加起來的能量要少。一部分強相互作用的能量將在核聚變過程釋放出來,主要是熱量輻射的形式。這種熱量導致系統的溫度極高(如太陽是數十萬度),也就意味著粒子的熱運動是非常劇烈的,由此形成了一股斥力,使得恆星的體積巨大無比。然而,隨著核聚變燃料逐漸耗盡,恆星終究有一天會走向死亡。此時溫度降低,熱運動造成的斥力不足以抵抗引力,恆星上的物質將會發生引力塌縮。如果恆星含有的質量足夠大,引力足夠強,那麼就有可能連原子內部的電磁相互作用力也抵擋不住引力塌縮,電子落到了原子核內部,和質子反應變成了中子。如此,原子核裡只剩下了中子,它們依舊以強相互作用束縛在一起,形成了一個巨大的“原子核”——中子星。可以說,從恆星到中子星的過程,恆星活著時候核聚變釋放能量、恆星死亡時候發生超新星爆炸又釋放能量、進一步引力塌縮電子和質子複合也是釋放能量。因此,從恆星到中子星,毫無疑問能量經過許多次釋放,中子星的總能量肯定比恆星小的多。但是,中子星的質量密度是極大的,所以它的能量密度絕對要比恆星大的多。樓主裡提到的中子星再經歷一次核聚變,有一個重要前提:“中子星在某種相互作用下再次變為氫氣團”。也就是說,要麼中子星內部的中子衰變成一個質子和一個電子,要麼中子星俘獲更多的質子和電子成為新的原子。前者是比較困難的,目前為止,中子的衰變還沒真正測量清楚,何況在強相互作用束縛下的中子星,中子本身是極其難以分離的,要想形成新的氫原子,必須付出極大的能量代價,也就是“某種相互作用”就是很強的能量注入。由此,即便中子星迴到了恆星狀態進行核聚變,也是吸收了能量的結果。話說回來,中子星也不是一成不變的,它會不斷放出輻射(比如電磁脈衝),最終輻射結束成為一個不發光的黑矮星,能量肯定進一步減少了。


飛賊克斯和康德馬特

總能量變小。

你也說了,在某些作用下才可能會過程反覆,某些作用的發生是很難的,需要注入額外物質和能量。

比如宇宙星雲誕生新恆星,這星雲裡面就可能包含中子星。它的引力作用可以幫助星雲重新凝聚在一起,但是中子星本身已經不具備燃燒價值。

當中子星坍塌成黑洞時,才有可能會迸發出新的能量。


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