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中子星的密度

中子星的質量確實很大，但實際上，中子星更可怕的是它的密度。一般來說，中子星的半徑只有10~30公里，比很多小縣城都還要小得多。但是它的質量要介於介於太陽質量的1.35到2.1倍之間，相當於地球質量的（4.455*10^5 ~ 6.93*10^5）倍。所以，它的密度是十分驚人的。中子星的密度大概是在每立方厘米（8*10^13 ~ 2*10^15）克之間。我們舉個粒子，一勺子那麼多的中子星物質，大概就得有10億噸左右。所以，相比中子星的質量，它的密度要更加可怕。這是因為它的密度這麼高，才使得它的重力特別大，強度是地球的2×10^11到3×10^12倍。

這裡要補充一點，在強引力場時，我們已經無法使用牛頓力學來表述的，需要用相對論來描述引力，在廣義相對論中，引力的本質是時空的彎曲。由於中子星這樣的特點，導致它對於時空的彎曲程度是非常劇烈的，在宇宙中基本上僅次於黑洞的存在。

中子星是咋來的？

那為什麼宇宙中會有這樣的緻密的天體呢？

關於這一點，我們需要從原子結構說起，很多人對原子的結構有誤解，實際上，原子是幾乎空心的。這一點來自於科學家盧瑟福的實驗，他用α粒子去轟擊金箔，然後發現，幾乎所有的α來子都是直接穿過去的，只有極其少量的發生了偏折。（發生偏折的本質就是撞到原子內部的東西了。）

從這個實驗，我們可以得出一個結論：原子核和電子都特別小。如果原子看成是足球場那麼大，原子核就只有一個螞蟻那麼大。而電子要比原子核的尺度還要小。因此，整個原子幾乎是空心的。

這就意味著原子內部有很大的空間是可以被壓縮的，比如說排到極致，是可以實現原子核之間的排列，意思就是原子核都擠在一起，就會形成一個緻密的物體。不過，這當中有個障礙，這個障礙叫做

這是一種量子效應，說的是費米子（諸如電子，質子）的狀態是不能相同的。針對電子來說，就是電子在原子核外需要好好地拍排列，一個蘿蔔一個坑，不能亂來。當有外力要來壓縮原子時，電子就會由於這麼一個規則，產生向外的壓力，我們稱之為：電子簡併壓力。

電子簡併壓力其實就是用來抵禦電子，讓電子不至於被壓入到原子核內。但是，如果一顆恆星演化到末期時，核心在引力作用下快速收縮，如果質量大於1.44倍太陽質量，小於3倍太陽質量時，引力就強到可以把電子壓入到原子核內，電子和質子反應生成中子和中微子，於是，整個天體就成了中子拍排列了。剛才說到的中子星其實就是這麼來的。而它的密度實際上就和原子核的密度相近。（如果恆星的核心質量大於3倍太陽質量，就會形成黑洞。）

不過，我們要注意的是，中子星並非由完全都是由中子構成的。當電子被壓入原子核後，之所以還沒有繼續被壓縮，就在於中子也具有簡併壓力，中子的簡併壓力此時就會和引力對抗，達到平衡狀態。（如果中子簡併壓力也扛不住，就會變成黑洞。）

一般來說，中子星的內核由於壓力過大，是由超子（是一種比較重的重子）組成的。中間層是自由的重子，而表層則是有一些電子、質子、中子。這是因為自由的中子會發生β衰變導致產生質子，電子和中微子。所以，中子星並不是純粹的中子的堆積。

因此，中子星根據內部壓力的不同，還會出現幾層來。但總體來說，它就是一坨中子的密集排列。

正是由於它幾乎都是中子構成的，因此它的密度才會和原子核差不多，也才會使中子星的密度如此巨大。

鍾銘聊科學

中子星是一種體積很小的天體，一般認為其直徑在8~30公里之間，但是其質量卻很龐大，基本上都在太陽的1.44~3.2倍之間。

想一想，我們的地球直徑12756公里，其質量高達60萬億億噸，而太陽的直徑為149萬公里，質量是地球的33萬倍，然而這種直徑只有30公里以下的星球，質量竟然是太陽的1.44~3.2倍，可見它是一種物質非常緻密的天體，每立方厘米中子星物質的質量高達8000萬到20億噸，是我們常見的水的密度的100萬億倍。

中子星是大質量恆星發生超新星爆發後的產物，也可以說它是大質量恆星死亡後的殘骸，是恆星最後剩下的核心部分。

在超新星爆發的一刻，恆星核心受到的擠壓力特別巨大，將大量物質的電子也擠到了質子裡面形成了中子，無數中子聚集在一起形成了中子星這種天體，本質上它就像一個巨型原子核。

迄今為止，天文學家們一共發現了數千顆中子星，近日媒體報道美國西弗吉尼亞大學的天文學研究人員利用綠岸射電望遠鏡發現了已知質量最重的中子星，相關研究報告刊已發表於16日出版的英國《自然·天文學》雜誌，這顆中子星編號J0740+6620，質量是太陽的2.17倍，直徑在20公里到30公里之間，就是說這個中子星的直徑雖然只有20多公里，但是它的質量卻超過了兩個太陽，大約相當於72萬個地球的質量。

該中子星距離我們太陽系大約4600光年，科學家們還發現了它有一個“小弟”——一顆白矮星伴星，這個小弟的個頭要比它這個“大哥”大得多，其體積和我們的地球差不多，直徑在1萬公里以上（中子星直徑不超30公里），但其質量或和太陽相似。

兩者的引力場相互作用導致了周圍空間扭曲，使得中子星所發射的電磁脈衝穿過扭曲空間時速度更快。依據引力時間延遲效應，天文學家們推算出了中子星和其伴星白矮星的大致質量。如下圖，中間個頭較小的是中子星，而外圍個頭較大的是白矮星，大個子在圍繞小個子運行。

科普大世界

眾所周知，中子星是恆星演化到末期的一個階段，但是令人十分驚奇的是，中子星的質量卻大的驚人，但恆星自身的質量卻不是很大，，比如太陽的密度才1.408×10³千克每立方米。

但是一立方厘米的中子星可以達到幾億噸，甚至是10億噸的質量，如果如今的地球按照中子星的質量進行推算的話，那麼地球的半徑僅僅只有22米，由此可見中子星的質量究竟有多大了。

那中子星到底是什麼構成的呢？

恆星在最終走向終結的時候，會在探索過程中形成巨大的壓力，這個壓力可以將一切原子的核外電子壓縮進原子核內，而組成物質的原子主要質量都是集中在原子核內部，應該說原子核的體積僅僅只佔了整個原子體積的幾千億分之一，所以當組成恆星的所有原子都被壓縮成中子以後，它的體積也就縮小成原來的幾千億分之一，而密度卻擴大了幾千億倍。

所以中子星密度如此大是由於壓力造成的。

河北薛之謙

中子星，顧名思義是完全由中子構成的星球。

如果一個恆星的質量小於太陽的1.4倍，這個恆星在其內核聚變停止後，因為引力過大，導致星球內核的原子外層軌道被壓碎，電子被擠壓出去成為自由電子，就相當於是核外電子被整個星球內核共享了，整個星球內核成了一個巨大原分子，因此密度很大，俗稱白矮星。

如果此恆星質量大於太陽的1.4倍，那麼直接可以把電子壓縮到原子核裡面，然後和質子形成中子，這樣物質密度就更大了，整個星球內核都是相互擠壓在一塊的中子，就是中子星。

關鍵字: 質量 介於 中子星