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黑洞和中子星究竟谁更厉害?中子星合并会发出信号?闪闪发光预示着什么?

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一、黑洞和中子星究竟谁更厉害?

黑洞和中子星究竟谁更“强大”?尽管黑洞和中子星都拥有巨大的质量,但黑洞的引力却更为强大。在黑洞巨大的引力面前,即使是质量极高的中子星也会被吞噬。

两者都是恒星在超新星爆发后可能形成的天体,但它们的演化路径完全不同。中子星是由中子组成的天体,只有当恒星的质量达到太阳的八到二十倍时,它才有可能在超新星爆发后变成中子星。如果恒星的质量不足八倍,它将变成白矮星。白矮星的密度虽然增大,但其物质结构仍在正常范围内,原子结构保持完整。然而,当中子星形成时,极高的压力会将电子压缩到与质子结合形成中子,整个星球由中子构成。中子星的密度相当于原子核的密度,其引力随着质量的增加而增强。即使是光线在经过中子星时也会呈现抛物线状态,更不用说其他物体,它们在掠过中子星时会被其引力撕成碎片。

二、中子星遇到黑洞那个更厉害?

1.当讨论中子星与黑洞哪个更强大时,我们实际上是在比较两者的质量和引力效应。

2.中子星和黑洞的质量都非常巨大,但它们的质量规模并不相同。黑洞的质量可以无限增大,而中子星的质量则有一个上限。

3.普遍认为,物体的质量越大,其引力也越强。尽管力的作用是相互的,但黑洞的强大引力足以吸引光,这一点表明了它的质量巨大。

4.在遭遇相同力的情况下,由于质量的差异,黑洞更有可能吸引并最终吞噬中子星。这可以类比于地球对人类的引力作用。

中子星合并会发出信号?闪闪发光预示着什么?

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一位艺术家描绘了合并前夕的两颗中子星

(图源:NASA/GoddardSpaceFlightCenter)

研究人员已经发现了一种新方法,事先探测到宇宙中最灾难性的合并事件。

中子星是大型死亡恒星致密的核心,它们相互螺旋靠近或进入黑洞时,可以在中子星周围的重带电粒子群中引起潮汐波。研究人员发现,此类潮汐波通过电磁辐射的规律闪光显现,而这能够作为即将发生合并的早期预警系统。


中子星可以说是宇宙中最极端的星体。是的,黑洞可能更奇特,但黑洞相对较简单——它们只是拥有巨大的引力。相比之下,中子星本质上是巨型原子核,具有许多黑洞不具备的奇特、复杂的物理现象。

典型的中子星直径仅有几千米,但重量却是太阳的几倍。中子星几乎全部是由中子组成(也因此而名为“中子星”),但也包含一定数量的松散电子、质子和重核离子。中子星诞生于超新星(垂死的巨型恒星爆炸的产物),部分中子星甚至拥有宇宙中最强大的磁场。


中子星的压力和密度大到超出我们的目前的物理知识范围,因而其内部对我们来说极度神秘。一些模型表明,中子星内核仅是一个均匀的中子团,而另一些模型暗示中子星分裂成组成自身的夸克。在内核之外还存在着一大块坚固平滑的中子,逐渐转换成一个更复杂的模式,例如,块状物和条状物,统称为“核面团”。

黑洞和中子星谁厉害

普遍认为,中子星的外壳是由超流体电子和中子组成,两者越靠近就会形成晶格。最终,就会有一片由深度10到100米(33到330英尺)不等的流体电子、中子和离子组成的海洋。


观察中子星的奇异行为

在这种情况下,物质极其奇特的性质(通常不会在周围发现超流体中子)导致中子星成为研究极端物理学的的主要对象。这一想法在发现GW170817后得到巩固。GW170817是两颗中子星正在合并时爆发电磁而探测到的一个引力波信号。这种被称为“多信使天文学”(multimessengerastronomy)的联合探测使物理学家能够前所未有地探索中子星的核心。

但自2017年第一次探测到引力波以来,我们再也没有发现其他中子星合并的事件,令人沮丧,因为中子星是自然界测试高能物理的最佳实验室之一。


但现在,一种观测中子星奇异行为的新方法不会让我们等太久。新方法的论文于5月发布在预印数据库arXiv上,重点/p>

特别是,研究人员发现这些较浅的海洋能够为潮汐提供支持,就像地球中的海洋一样。但是在中子星掀起潮汐需要许多引力拉力,抵抗极端引力。中子星的潮汐仅在中子星足够接近一个致密物体时才会出现,如其他中子星或黑洞。


值得庆幸的是,这种双星体合并的现象较为常见。随着恒星逐渐在多个系统中形成,按照生命周期继续发展,最终留下黑洞和中子星的组合。

奇特的光屋

一颗中子星开始和另一颗中子星或黑洞合并的时候,两颗中子星需要几年时间慢慢螺旋运动靠近彼此。随着中子星绕轨道而行,引力潮带着能量离开自身所处星系,拉近两颗中子星的距离。最终,合并在几秒时间内结束。


但在合并发生前,绕轨道而行的伴星能在中子星掀起一系列的共振潮汐。这些潮汐能够保持100兆赫的频率,并携带10^29焦耳的巨大能量。为了让你感受到这些数字的惊人之处,全人类每年仅使用10^29焦耳的能量。单个中子星共振潮汐波的能量超过了太阳照射10,000年的全部能量输出。

和海洋潮汐能不同,这些潮汐是由等离子群构成。极端的电荷意味着,潮汐不断涌动,喷射出强烈的电磁辐射,变成我们所能看见的X射线和伽马射线的闪光。


研究人员根据计算预估,像费米伽马射线太空望远镜和核光谱望远镜阵列(NuSTAR)这样的空间观测站,每年能够探测到许多螺旋行进的中子星,而这些信号会在最终合并前几年出现。

有了这些预警信号,天文学家可以准备好望远镜和观测台,捕获合并的瞬间,并深挖更宝贵的电磁波和引力波数据。

BY:PaulSutter

FY:朱思颖Haily

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黑洞和中子星谁厉害
发布人:yy64464775 发布时间:2024-08-30