雙中子星合併後會產生什麼?

法蘭西is培根


中子星是大型恆星坍塌產生的星體,它的的質量是限制在一個範圍內,超過了這個範圍,就不能形成中子星。一般來講,中子星的質量在太陽質量的1.4倍到2.1倍之間,恆星坍塌後的質量低於這個範圍就可能形成白矮星,而高於這個範圍就會形成黑洞。

中子星號稱宇宙中密度第二大的星體,雖然比不上黑洞,但是中子星也是宇宙一個相當厲害的存在了。中子星上的物質密度平均為 8 x 10^11 千克每立方厘米,這個密度是什麼概念?我們可以做一個比較,如果把地球壓縮成中子星的密度,那麼地球的直徑就僅僅只有22米左右。

極高的質量以及密度,造就了中子星高溫、高壓的環境以及強大的磁場,同時也使中子星的引力特別的強大,研究顯示,中子星的逃逸速度最高可達到每秒150000公里,也就是光速的一半!

換個角度來講,就是中子星的引力最高可以將一個物體的速度加速到光速的一半,一個70公斤左右的物體(大約為一個成年人的重量),如果以這種速度撞擊中子星表面,將會產生超過兩億噸TNT當量的能量,這比地球上最大的核彈--沙皇還要高4倍威力!

那如果將這個撞上中子星的物體換成質量更大的會怎麼樣呢,比如說……另一顆中子星?“兩個中子星相撞,然後合併在一起”這種事情並不是隨便亂猜的,雖然中子星比較罕見,但廣闊的宇宙中其數量還是比較多的,在某些特殊的情況下,就會出現兩個中子星異常靠近的現象。

當兩個中子星互相靠近的時候,它們不會像磁鐵一樣“啪”的一聲就吸在了一起(除非它們的運動方向是筆直的衝向對方)。通常情況下,兩個中子星會在彼此引力的作用下,以很高的速度互相圍繞,在這個過程中會它們會攪動時空,造成大量的引力波,這些引力波會逐漸的消耗它們的動能,使它們的運行軌道越來越近,並最終撞在一起。

兩顆質量極大的中子星合併的時候,會出現什麼樣的情況呢,下面我們就來看一看。

首先就是產生巨量的引力波,在碰撞前後的短時間內,其產生的引力波可以使離它們上億光年的探測器都可以接收到,比如說2017年10月16日三大天文臺LIGO、ESO、VIRGO同時宣佈,他們首次發現了中子星合併產生的引力波(在這之前發現的引力波都是黑洞產生的)。

在難以形容的劇烈碰撞中,大量的物質被拋出,由於失去了引力的束縛,這些原來是緻密態的物質有很大部分會衰變成質子、電子以及中微子,然後又聚變成一些輕的元素,同時它們又與中子合成金、銀、鈈、鈾等等重元素,這些重元素又會發生裂變,在一片混亂中,核聚變和核裂變同時上演,並釋放出大量的能量。這些能量會將這些爆炸產生碎片加熱到幾千到上萬攝氏度的高溫,向宇宙中輻射出大量的射線(包括紅外線、紫外線、可見光等)。

一般來講,這些射線暴會持續一天的時候,其可見光的亮度為一般新星(剛誕生的恆星)的亮度的一千倍左右,因此科學家親切的稱之為“千新星”。

兩顆中子星碰撞過後,根據它們合併的質量,會出現不同的結局。如上文所述,中子星的質量不能超過太陽質量的2.1倍,如果它們合併的質量超出了這個範圍,那麼就不可避免的會成為一個新的黑洞,如果在這個範圍內,它們就合併成了一顆更大質量的中子星。當然,它們也可能被撞成了碎片,但這種可能性是非常非常低的。


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