中子星會有冷卻的一天嗎?

鄧衍強


在極其漫長的時間幅度內,就連宇宙都會冷卻下來(熱寂),何況是中子星呢?然而實際情況和我們想的不太一樣。



中子星是大質量恆星發生超新星爆發後的產物,一般認為原始質量在太陽的8到30倍的恆星到了晚年會發生超新星爆發,之後在它的內部將形成一顆中子星,這顆中子星的體積大概只有十公里左右,然而其質量卻比太陽還大,其初始溫度可以高達1500億攝氏度,理論上從它形成開始,它就一直處於降溫的過程中,最終它會消耗掉自身保有的能量,溫度降到和宇宙背景輻射相似,這時它將變成一個黑球,一般稱之為黑矮星(白矮星演化到後期階段也是黑矮星)但是其降溫過程很可能長達200億年。


然而事實上,這種情況卻又極難發生,甚至可以說是不可能發生,因為中子星形成之後,雖然其溫度會有大幅度的降低,然而降低到一定程度的時候則會在一個基本固定的溫度範圍內維持很長時間,為什麼會發生這種情況呢?原因其實也很簡單,就是中子星會不斷的吸收其他物質到它的星球表面上。

我們都知道中子星是有強大引力場的星體,當恆星發生超新星爆發形成中子星的時候,原恆星大多數的物質都會拋灑到宇宙空間中,但是有一部分物質則會在中子星的引力作用下被中子星吸收到表面,而中子星的表面又有著極高的溫度,表面物質受到中子星的強大引力也會產生極端的壓力,這個時候在中子星的表面就會發生核聚變反應,那麼這樣的話,只要中子星能一直吸收物質,它的表面就可以一直有核聚變反應,因此它就可以一直維持核聚變發生的溫度,這樣的話,它的降溫現象基本就停滯了。



可能有的朋友要說了,那麼中子星不吸收物質不就完了嗎?但是這樣的設定卻又是不成立的,宇宙很大,宇宙空間中的物質也很豐富,發生超新星爆發的中子星周圍基本都有著大量的物質元素,足夠它吸收很多很多年的,有的中子星甚至有伴星,它可以不斷的從伴星上吸取物質。



我們知道一個星體如果不斷的吸收物質,那麼它的質量就會變大,中子星當然也是這樣,所以中子星的質量也會增加,當其超過三倍太陽的時候,超過奧本海默極限的它就會進一步形成黑洞,那麼這樣一來,它的溫度就要比它剛成中子星的時候還要高得多了。


中子星雖然有完全冷卻下來的可能,但實際上卻幾乎不可能出現,比中子星稍小的白矮星也是如此,這也是宇宙中很難出現黑矮星的原因了。


人類的方向


答案當然是:會有那麼一天!

中子星的由來

我們都知道中子星是由恆星末期自身塌縮演化而來,由於恆星坍縮時的重力勢能,因此新生的中子星溫度在約1千億到1萬億度之間。

中子星形成後,它不是就站那不動了。相反中子星就帶有很高的自轉速度,一般在每秒鐘數圈的範圍內,而且還會伴隨著強磁場,還不斷釋放出大量的中微子

簡單來說它已經不進行聚變了,就好比繼承了遺產的人,既不工作,也不投資,花天酒地,還整天撒錢,你說他能堅持多久。

所以中子星短短數年之間,它的溫度就會下降到百萬度左右。而且它仍然以X射線的方式向太空釋放能量,讓自己的溫度繼續下降。

所以中子星當然會降溫冷卻。

中子星可能會誕生生命?

既然中子星確實會冷卻,那麼冷卻到適宜生命的溫度後,有可能誕生生命嗎?

中子星形成生命有一個前提就是能否形成化學反應,因為生命的本質就是化學反應。但化學反應卻是電磁力支配下的原子間的電子交換,而中子星卻只有中子。

如果不需要以電子為交換的化學反應,而是以中子為交換形成新的體系能否可行?著名天文學家弗蘭克·德雷克是這樣想的,但這一話題太難討論了,因為其已經超出我們的範疇,弗蘭克·德雷克也不能給出答案。

但是他以這個假設成立寫了一部科幻故事《龍蛋》。


你認為中子星有可能產生生命嗎?


科學認識論


中子星會有冷卻的一天嗎?

如果給予足夠的時間,那麼即使是宇宙也會有冷卻的一天,中子星當然會有冷卻的一天了.....但過程卻有相當的差異,因為根據形成過程以及天體的特性不一樣,其冷卻過程是有差異的!

如示意圖中超新星爆發的中心留下了天體,而這個天體假如其質量超過太陽的3.2倍,那麼其將坍縮為黑洞,假如其質量在太陽的1.4-3.2倍之間,那麼中心就坍縮為中子星!簡單的說中子星就是恆星生命的末階段,其內核已經聚變成鐵元素的情況下,與失去了輻射壓的外殼撞擊所產生的超新星爆發,而內核的鐵元素則在爆發中獲得的大量能量聚變成了更重的元素,並隨著超新星爆發的餘波擴散到了宇宙中!而真正的內核則在這個爆發中坍縮成了中子星(原子核內的電子被巨大的壓力壓縮到了原子核內部,與質子中和成了中子)!

從上面中子星的生成過程中可知,中子星已經沒有了能量的來源,唯一的所具有的高溫與高速自轉是恆星內核坍縮成中子星繼承而來的,因此中子星就成了坐吃山空的主,儘管中子星的壽命極長,甚至達到數百億年但終有冷卻的一天!

需要提醒一下的是我們常說的脈衝星就是中子星的一種,脈衝星的磁極與自轉軸有一定的角度,掃過地球時我們就接收到了它所發出的信號!

我們宇宙形成也就138.2億年,因此即使從宇宙誕生開始就形成中子星,那麼到現在依然在發光與發熱!如果假以時日,中子星的自轉與溫度都將逐漸降低,最終成為一顆黑球!


星辰大海路上的種花家


會有,沒有什麼是永恆的。

而且中子星甚至比白矮星冷卻的更快,關鍵原因還在於它

特別的釋放能量方式——暴力射出,還不回收!

剛從超新星劇烈的爆發中生存下來的中子星,繼承了原來恆星的大部分重力勢能,表面溫度可達1千億到1萬億攝氏度。

但因為體積較小,整個星體半徑可能才十幾公里,在繼承了原來恆星的角動量情況下。


I即為轉動慣量,r為物體半徑,m為質量

L為角動量,w為角速度

半徑減小,轉動慣量減小,角動量守恆,則轉速增大。

中子星的轉速因此可達每秒幾千轉,但也因為如此高的轉速,繼承前恆星的磁場能也消耗的很快(快速拖曳磁力線需要能量,從中子星轉動能中汲取,減慢轉速,消耗中子星的能量)。


另外,中子星還是一個無源之水——它揮霍大量能量,噴出大量的中微子的同時,卻沒有其他可利用能量的補充。

如此一來,它表面的溫度可以在幾年之內把溫度降到100萬攝氏度。

在溫度降低一些,中子星又會繼續以X射線的方式釋放能量,但揮霍起來依然一點不加以節制。

直至足夠長的時間,中子星會因為釋放能量過多,自轉速度降低到每秒幾周,表面的熱輻射基本殆盡,中子星冷卻演化成了黑矮星,不在發出光和熱,消失在宇宙的黑暗背景中。

有問題請留言評論,謝謝。


擋不住的熵增


答:中子星會繼續冷卻為“黑中子星”,冷卻過程會經歷數百億年至千億年之久,因為宇宙年齡只有138億年,所以目前宇宙中還沒有黑中子星形成。


根據恆星形成與演化理論,一顆大質量的恆星,在演化末期發生超新星爆炸後,留下的核心質量在1.44~3倍太陽質量之間,就有可能形成中子星。

在中子星形成前,恆星內部出現不穩定,其中心其實已經開始形成一個白矮星的核,由電子簡併壓力抵抗著萬有引力;然後恆星向內塌縮,恆星內物質在巨大的引力作用下,電子將墜入原子核與質子中和形成中子,原子結構潰散,恆星成為超新星。

然後超新星向內塌縮後再反彈,拋灑出大量物質,中心則形成一顆中子星,由中子簡併壓力和引力抗衡,中子星的密度高達每立方厘米十億噸,表面溫度高達數百萬至數千萬度,整體呈白色,並且以極高的速度自轉。


隨後,中子星經歷緩慢的冷卻過程,其自傳速度逐漸降低,表面溫度也會下降;如果期間中子星繼續吸收物質,當質量超過奧本海默極限(大約3倍太陽質量),就會繼續塌縮成黑洞或者夸克星。

如果中子星不在繼續吸收物質,那麼歷經數百億年至數千億年的冷卻後,就會演化為一顆“黑中子星”,其實就是溫度很低的中子星,以至於在可見光波段的輻射量很小。


因為宇宙年齡才138.2億年,就算是宇宙中的第一批中子星,也沒有足夠的時間冷卻成黑中子星,所以當前宇宙中並不存在這樣的天體;就如黑矮星是白矮星曆經數百億年演化的產物一樣,都是理論預言的天體。


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艾伯史密斯


不會冷卻,中子星中,電子受到強大的擠壓離開原來軌道,進入原子中心,原子的中心是原子核,由質子和中子組成,進入原子核的電子與質子發生反應,形成更多中子,最終該恆星充滿了中子。


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