宇宙觀察記錄

中子星是一顆恆星演化到最後，由引力坍縮形成的，不同質量的恆星死亡後，都有所不同，當具有一個太陽質量的恆星，死亡坍縮後會形成白矮星，當具有10個太陽質量的恆星引力坍縮會形成中子星，當具有30個以上太陽質量的恆星引力坍縮會形成黑洞。

中子星是除了黑洞之外密度最大的天體，每立方厘米的密度是10的11次方千克，表面溫度達到了1000萬度，核心溫度可達60億度。由於超新星爆發產生劇烈的壓縮，恆星內核的電子將被壓縮到原子核中，之後在與原子核中的質子結合轉化成中子，直到中子不在被壓縮，所有的中子都擠在一起，就形成了中子星。

所以中子星才非常重，密度如此之大，甚至中子星的引力能改變光的路線，讓其以拋物線的形式傳播。

宇宙探索未解之迷

中子星確實很重

我們知道，構成物質的最小單位就是原子，而原子由原子核和核外電子組成，原子核由中子和質子組成，其中質子帶正電荷，電子帶負電荷，中子不帶電荷。而中子星這種天體全是由中子組成，那帶電荷的質子和電子到哪去了？答案是質子和電子都變成中子了。

質子變為中子的兩種途徑

在自然狀態下，中子變成質子比較容易，中子的壽命很短，只有14分鐘42秒，除非結合為原子核，否則一個原子核外的中子極易衰變為一個質子、一個電子和一個反電子中微子；而質子變為中子很難，一般有兩種途徑：

一種是逆β衰變，當質子受到反電子中微子轟擊時，質子會向外發射一個正電子後變成中子，

另一種就是把電子強行壓入質子中，這樣電荷變為中性，其中一個上夸克變為同顏色的下夸克，即由兩個上夸克和一個下夸克組成的質子變成由一個上夸克和兩個下夸克組成的中子了。

但這種質子變中子的途徑是在極端條件下才能實現，因為一個核外電子想進入質子中需要克服泡利不相容原理引起的電子兼併壓，這需要很大的力量，中子星的形成就是屬於這種途徑。

中子星是如何形成的以及這麼重的原因。

當恆星內部所有核聚變停止時，恆星因內部再也沒有力量抵抗恆星自身的引力而開始收縮。這種力量先是把核外電子從軌道上剝離為遊離自由狀態，大大壓縮了原子的空間，這時星體的密度大約為每立方厘米1噸到10噸，這是小於1.4倍太陽質量恆星的最終演化結果，其內部抵抗自身重力的不再是核聚變，而是電子兼併壓，電子兼併壓和重力最終達到平衡，星體停止收縮，最終形成我們熟悉的白矮星。

如果是大於1.4倍太陽質量而小於3.2倍太陽質量的恆星會繼續收縮，電子簡併壓不足以抵抗自身強大的重力，電子最終被壓入質子形成中子，星體變成全部由中子緊挨著構成的狀態，這種狀態與原子核的狀態是一樣的，這就相當於原子核外空間被全部壓縮掉了。原子核的質量佔整個原子的99.99%以上，但它的體積卻只為原子的幾千億分之一，

因此當壓縮掉原子核外的所有空間後，原子核或中子星的密度就變得驚人的高。可高達每立方厘米1億噸，即中子星上一個花生米大小的物質就重達1億噸。為了形象地認識中子星的密度和壓縮比例，咱們拿地球舉例，有人經過計算認為，地球如果變成白矮星，其直徑大小隻有22米。

以上就是中子星產生的過程以及為什麼這麼重的原因，歡迎關注評論。

物原愛牛毛1

中子星是宇宙中一種奇異的天體，是由原子核構成，是宇宙中除黑洞外密度最大的天體，可以有10¹¹kg/cm³。一顆常見的中子星半徑只有10km～20km，質量卻有太陽2倍左右。如果地球壓縮成這種密度，就是一顆直徑只有22米的小球，大概是一間房屋大小。

這樣奇特的中子星是怎樣產生的呢？為什麼那麼重？

中子星是由質量為10～29倍太陽的恆星演化而來，在生命末期，在自身重力坍縮下發生超新星爆發，星核在巨大的壓力和高溫下劇烈收縮，原子內部空間急速縮小，電子併入質子化為中子。於是形成了全部由中子組成的中子星。

中子星也是恆星生命末期坍縮為黑洞時失敗的天體。它的密度僅次於黑洞，比由原子核組成的白矮星密度還要大。

由質密公式：m=ρ×V，很容易得知物體的密度越高質量越大。而中子星的密度在宇宙天體中排名第二，那它的質量當然也就重到懷疑人生了。

ps：由於中子星常成雙成對，因此常發生碰撞，而珍稀的黃金等稀有重金屬便是中子星碰撞而來。

弄潮科學

中子星是如何產生的？

中子星其實是恆星演變過程中的產物，具體來是說是8倍太陽質量的特大質量恆星在演化過程中的其中一種可能的結果。

我們都知道恆星是通過核聚變反應來燃燒的，其實這就好比火爐，只不過火爐是燒炭的，而恆星由於自身溫度極其高燒的是原子核。比如：太陽核心就有1500萬度。因此，恆星是一個等離子體，其中的原子核和電子並沒有構成溫度的原子，而是到底出亂竄，各玩各的，而核聚變主要是在原子核之間進行。

宇宙中含量最高的是氫和氦，其餘的元素還不足1%，尤其是氫尤其，恆星通常主要由氫構成，而氫的核反應條件還比氦的核反應條件簡單得多。因此，恆星會先燒氫原子核，然後燒完氫原子之後，如果質量夠大，還能繼續燒氦，燒完氦之後，如果質量還夠大，就會繼續燒碳和氧，一直順著元素週期表往下進行。

最終，核心進行的核聚變反應是生成鐵原子核的，而鐵原子核十分穩定，其他原子核核聚變都是釋放能量，而鐵的核聚變需要大量的能量才能發生，放出的能量還比輸入的能量少，也就是入不敷出了，所以鐵原子核的核聚變的核聚變反應並不容易進行，我們把這個叫做比結合能很大。

我們一直都是把視角聚焦在恆星的整體，如果此時我們把鏡頭往回來，其實這個時候的恆星是非常臃腫的，不僅如此，恆星還會像洋蔥頭一樣，由於內核的溫度極其高，導致外層的溫度也很高，而外層那些沒有消耗低的原子核也會發生核聚變反應。

如果恆星的質量依然還足夠大，光子就會進入到鐵原子核內部，把鐵原子擊碎，質子和中子就開始遊離於恆星的內核當中，只有的質子遇到電子就會生成中微子和中子。此時，就會發生超級勁爆的超新星爆炸。這種類型的超新星爆炸特別猛烈。一般亮度可以媲美一個星系。

超新星爆炸過程中，恆星把自身的物質拋灑到了太空當中，只留一下一個內核。如果這時候內核大於1.44倍太陽質量，小於3倍太陽質量。那麼，中子就會在太陽的作用下，逐漸形成中子星。

中子星為什麼那麼重？

實際上，中子星還真的不是重，它要比許多恆星的質量還要低一些，它的可怕之處在於自身的密度特別大，它的密度達到了8*10^（13）克到2*10^（15）克。一顆典型的中子星的半徑大概也就只有10~20公里，而質量介於1.35倍~2.1倍太陽質量。兩者僅僅半徑就相差了30000倍~70000倍。所以，中子星屬於那種質量超級大，而個頭又極其小的，這才導致密度特別大。

那麼為什麼中子星的密度都會很非常大呢？

這要從原子結構說起，大多數人認為原子當中原子核和電子的構成就像下面這樣：

實際上，並不是這樣，關於原子的結構到底是什麼樣子的，科學家們研究了很久很久，經歷多帶科學家的努力，終於搞得差不多明白了。

按照目前的理論，原子是有原子核和電子構成的，而電子在原子核外呈現的是概率雲的分佈。但這裡和我們要講的關係比較的是原子核的大小，這其實是盧瑟福搞清楚的，他用α粒子轟擊金箔，結果大多數都穿了過去，只有機器少數是有偏折角的。

按照這個實驗的結果，我們就可以得到一個結果，那就是原子核的大小遠比我們想象中的要小得多，連原子的1%都不到，但卻擁有99%以上的質量。

如果把原子比喻成一個足球場，那原子核只有一隻螞蟻那麼大。於是，而原子核內部還有中子和質子。

他們被介子傳遞的核力束縛在一定的範圍內，所以中子其實是比原子核還要小得多的存在。中子星說白了就是由中子構成的天體，也就是說，原本特別廣闊的原子內部的空間在中子星中是不存在的，這才使得中子的密度可以達到非常恐怖的尺度，一勺中子星就可以達到數億噸的水平，如果我們把地球壓縮成中子星的密度水平，那壓縮後的地球半徑只有11米。

鍾銘聊科學

中子星是怎麼產生的？為什麼那麼重？

中子星是恆星發展的一個終極歸宿，但恆星是怎麼發展到中子星的，中子星的密度又為什麼那麼大，似乎很多朋友都搞不清楚，接下來簡單說說這個過程。

一、恆星誕生與發展

關於恆星的誕生，18世紀的伊曼紐·斯威登堡、伊曼努爾·康德和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出提出了星雲誕生模型，這是被廣泛接受的很行誕生模型。但不管如何，恆星誕生了，我們從未來能發生超新星爆發並誕生中子星的恆星發展開始說起。

1、恆星的靜力平衡時代

這是一顆恆星最好的時光，大致可以將這個時期稱為主序星時代，在主序星內核，正在發生在質子鏈反應，這個過程非常重要，是所有恆星發展的最初起點。

質子鏈的第一步，同位素氕聚變成同位素氘，這是質子鏈反應的第一步。

1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV;

這是兩個質子之間的聚變反應，理論上來看質子可以通過極高的溫度和壓力下克服庫倫勢壘實現聚變，但1920年大神愛丁頓經過計算得出，以太陽的質量並不能達到如此高的溫度，但太陽已經開始了燃燒，似乎質子鏈反應第一步就走不下去了？

微觀粒子穿過一個位勢壘。粒子能量在穿越前後維持不變，但量子幅會降低。

幸虧後期量子力學的發展給了物理學家一個正確的解釋，質子可以通過波函數隧道，穿過庫倫勢壘的斥力障礙在低於理論計算條件下達到聚變反應。但即使如此這概率仍然很低，這也是太陽壽命那麼長的重要原因，因為它自身正在積攢燃料。

再往後事情就簡單了，氘和氕聚變成氦三，然後氦三再聚變成氦四，或者有碳氮氧循環產生，當然在主序星階段這尚未發展到這個階段。在此時，恆星內核的聚變產生的熱壓力和引力勢能是平衡的，也就是我們所說的靜力平衡時代。這也是一顆恆星最最穩定的階段，因為“內心比較平和”，即使有點小脾氣“日餌爆發”也不至於毀滅恆星系！

2、狂暴的紅巨星時代

恆星內核氫逐漸消耗，內核的氦元素累積，內核會逐漸坍縮，但7-10倍以上質量的恆星在內核坍縮至簡併態物質前就會開始氦元素聚變。

23He → 4He +21H (12.9 MeV)

41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)

因為大質量恆星的內核溫度更高，在氦元素聚變堆積後無需達到類日恆星的電子簡併態即可燃燒，反應過程如上，各位有沒有發現，氦元素的反應更劇烈，而且速度也更快，劇烈的內核能量釋放將會產生超高熱壓力，會導致恆星直徑極度膨脹，比如只有太陽質量7-10倍的盾牌座UY，直徑是太陽的1700，體積是太陽的45億倍。

這就是恆星的靜力平衡失控時代，熱壓力戰勝了引力勢能，恆星的未來岌岌可危。

3、超新星時代

超新星爆發前夕的恆星內核溫仍然按部就班的進行核聚變，只是生產元素的速度越來越快，時間越來越短，內核的溫度也越來越高。

質量為太陽20倍的恆星，內核各種元素消耗的時間，內核元素的終點在鐵元素，當然並不是說只會有鐵，比如還有其他少量的鈷、鎳、銅、鋅元素，但絕大多數都是鐵，此時恆星的超新星爆發瞬間就會發生。

因為鐵核不再產生能量，再無熱壓力對抗引力勢能，恆星外殼將向內坍縮，速度可以達到7萬千米/秒，這個速度大約是光速的23%，核心密度與溫度迅速增加。核心剛開始坍縮時會光致蛻變和電子捕獲的β衰變，這是超新星爆發時觀測到中微子流的重要原因。

坍縮成中子星的恆星內核並未徹底簡併態化，這個坍縮會導致中心元素迅速聚變而失控，此時時空核聚變的激波會與坍縮的物質撞擊，接近光速一半的相對速度下將製造出一個宇宙中僅次於中子星相撞的極致環境，在此區域的物質會經歷失控聚變的過程。此時的超新星爆發會將恆星外殼徹底炸散，形成瀰漫星際空間的星雲，而此時在主序星以及紅巨星和超新星爆發過程製造的元素都將夾帶在這片星雲中。

二、中子星時代

質量尚不足以坍縮到黑洞的內核將坍縮為中子星，這個坍縮過程我們有必要來了解一下，超新星爆發我們就不說了，直接說這個原子怎麼就變成了中子呢？

我們必要來來了解下原子內部的結構，其實中心原子核之佔了一點點空間，這從盧瑟福的α粒子散射實驗可以證明，其他空蕩蕩的空間都是電子雲的位置，電子在相應能級上隨機出現與消失，它的位置與動量不可同時測定，這就是海森堡不確定性原理由來，因此當恆星內核開始坍縮時，首先就會將電子從外層壓縮想中心原子核靠近，但不確定性原理不會讓電子佔據同一個量子位，此時被壓縮到極限卻仍然在原子核外部的物質叫做電子簡併態。

但質量足夠大的恆星內核引力勢能可以突破電子簡併態，將電子直接壓入質子中和成中子，當然只要有足夠強的壓力，也可以壓垮夸克達到夸克簡併態，不過這類可是傳說中的夸克星，尚未實際觀測到，現在通行的理論認為突破了中子星的極限就成黑洞啦！

三、中子星的密度有多大？

從構成原理來說，它的密度就是原子核的密度，當然中子的質量會比質子要那麼一點點，所以它也會比原子核密度高那麼一丟丟，不過也是個可以忽略的差異，但有一個問題，為什麼網上資料中的中子星的密度差異那麼大？

中子星的密度：8×10^13克至2×10^15克，差距比較大

外殼中的離子和電子是啥意思？電子我們就不管了，關鍵是離子，因為離子就是遊離電子的原子核，在這個位置還有離子狀態的物質存在，它們的密度遠比不上中子簡併態物質密度，而內核的夸克膠子等離子體則要比中子密度要更高一些（事實上組成中子的輕夸克的質量很輕，膠子的存在才讓中子有那麼高質量），所以不同大小的中子星密度會有比較大的差異。不過無論哪種恆星，到達了中子星層次，算是完美極致了，因為再往前走就是宇宙的黑暗力量黑洞了！

假如一顆中子星從太陽系內行星軌道經過的話，地球就完蛋啦，因為中子星至少也是太陽1-2倍左右的質量，太陽系內出現兩個太陽的質量，這還得了！有一部《撤離地球》的偽紀錄片挺不錯的，說的就是中子星闖入太陽系，人類緊急撤離的過程，有興趣的朋友可以看看。

星辰大海路上的種花家

中子星作為一種神秘的天體，以其極高的密度（除黑洞外密度最大）星體而被人認知。雖然在理論上被科學家討論很久，但實際上中子星在觀測上被發現卻始於上個世紀六十年代，並且是以作為二十世紀六十年代“四大天文發現”之一的“脈衝星”之名被證實。脈衝星是快速旋轉、磁軸和自轉軸不重合，並且是恰好從磁極發出的無線電脈衝信號能夠掃到地球的中子星。

現在，我們都知道中子星是恆星演化的最終產物之一，是（超）行星爆炸的殘骸。能否產生中子星，和恆星的質量有關，它要求恆星質量要大一點但又不能太大，否者就會產生白矮星或者黑洞。一般來說，產生中子星的恆星質量多為十到三十左右的太陽質量。

在超行星爆炸時，恆星的很多質量被拋射到宇宙空間中，如果只留下1.44到3.2倍太陽質量的核，就形成了中子星。這兩個值就是所謂的“錢德拉塞卡極限”和“奧本海默-沃爾可夫極限”。如果留下的核的質量過小，電子簡併壓足以支撐，不會繼續塌縮把電子壓進原子核把質子變成中子；如果留下的核的質量更大，就會繼續塌縮形成黑洞。所以，中子星很重就不足為奇了。

脈衝星PSR B1509-58及其周圍行星狀星雲

南極觀星人

中子星是由白矮星形成的，那先說說白矮星怎麼形成的。

大概每個世紀，銀河系中一顆巨大的恆星會耗盡燃料，這是在數百萬年的熱量和壓力下發生的，恆星的氫融合了較重的元素，如氦、碳一直到鐵，直到不能產生足夠的能量來維持其結構，恆星在自身的引力壓力坍塌，發生超行星爆炸大部分重元素進入太空，原子從量子軌道坍塌到原子核的深處，白矮星由此產生。

而1立方厘米體積大小的白矮星，質量可以到達10頓，表面的重力是地球的10億倍，如果掉進地球，肯定會形成一個蘑菇雲，當內核質量在太陽質量的1.44倍以上，3倍以下，原子核會因為坍塌到達一定的極限而繼續發生坍塌，原子外層電子無法承受壓力不斷被擠壓，與原子形成中子，因此變成了一箇中子星，中子星反倒比白矮星要小，白矮星只是與其他行星體積差不多，所以中子星一立方厘米體積的大小，重量是白矮星的一億倍。

這就是中子星為什麼那麼重的原因了。

關鍵字: 坍縮 恆星 科學