03.03 有沒有比最高密度金屬高,而又比中子星密度小的物質呢?

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密度最大的金屬是鋨,其密度為22.59克/立方厘米,即水的密度的22.59倍,將近鐵的3倍。而在宇宙中,確實有物質的密度介於鋨和中子星之間。

對於普通物質而言,其密度的大小與組成粒子(原子、離子、分子)堆砌的緊密程度有關,這意味著溫度和壓力均會影響到物質的密度,或者說物質的密度由其狀態決定。在恆星的核心部分具有超高的溫度和壓力,那裡主要是由氫原子核、氦原子核和電子組成的等離子體,而密度也是高得驚人。據估計,太陽核心的密度高達150克/立方厘米,這是鋨的6.6倍。

由於原子核帶正電荷,它們之間存在強大的排斥力,很難緊靠在一起,所以物質的密度還有很大的提升空間。只要有巨大的壓力,使原子核互相靠近,這樣物質的密度就會急劇升高。當中低質量的恆星耗盡可用於核聚變反應的物質之後,巨大的重力將會把內部的原子核緊緊擠壓在一起,電子不相容產生的簡併壓能夠阻止引力坍縮,結果形成的緻密天體被稱作白矮星。

由於原子核緊密排列,所以白矮星擁有極高的密度,典型白矮星的密度約為100萬克/立方厘米,相當於鋨的4.4萬倍,水的100萬倍。如果把整個太陽壓縮成白矮星,原先半徑是地球109倍的太陽變得只有地球那般大小。太陽最終也會坍縮為這樣的緻密天體,但並不是所有的太陽質量,因為太陽在此過程中會出現質量損失,最終產生的白矮星質量大約為目前的70%-80%。

此外,如果恆星的質量更大,還會進一步坍縮,電子被壓縮到原子核中,跟質子合併為中子,形成中子緊密排列的中子星,其密度高達白矮星的數億倍。


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