什么是磁星和其他极端中子星物理问题?

Leonard Kelley拥有物理学学士学位，辅修数学。他热爱学术世界，并努力不断探索。

恒星的大小和形状各不相同，但没有一颗像中子星家族那样独特。在这个组中，我们发现了一个物体的例子，它的密度如此之大，以至于一汤匙物质的重量可以达到数百万吨!大自然怎么能造出如此奇异的东西呢?就像黑洞一样，中子星的诞生始于死亡。

中子星是如何形成的

大质量恒星有很多燃料，最初以氢的形式存在。通过核聚变，氢转化为氦和光。这个过程也发生在氦上，我们在元素周期表上不断上升，直到我们得到铁，它不能在太阳内部融合在一起。通常情况下，电子简并压，或电子避免靠近其他物体的倾向，足以抵消重力，但一旦我们到达铁，这种压力就没有电子被拉得更靠近原子核那么大了。压力下降，引力将恒星的核心浓缩到爆炸释放出难以置信的能量的程度。根据恒星的大小，任何在8-20个太阳质量之间的物体都将成为中子星，而任何更大的物体都将成为黑洞。

那么为什么叫中子星呢?原因出奇的简单。当核心坍缩时，重力使一切都凝结得如此之大，以至于质子和电子结合成中子，它们是带电中性的，因此很乐意毫无顾忌地聚在一起。因此，中子星可能非常小(直径约10公里)，但其质量几乎相当于2或3个太阳!(226年种子)

让奇怪开始吧

好的，重力。没什么大不了的，对吧?那一种潜在的新物质形式呢?这是有可能的，因为中子星的条件不同于宇宙中的其他地方。物质已被压缩到尽可能极端的程度。再多的话，它就会变成超新星上的黑洞。但中子星内部物质的形态被比作意大利面。百胜吗?

这是在科学家们注意到似乎不存在旋转周期超过12秒的脉冲星之后提出的。理论上它可能比这要慢，但目前还没有发现。一些模型表明，脉冲星内部的物质可能是造成这种情况的原因。当呈面状时，电阻率增加，从而导致电子难以移动。电子运动是导致磁场形成的原因，如果电子一开始就很难移动，那么脉冲星辐射电磁波的能力就会受到限制。因此，角动量减少的能力也是有限的，因为减少自旋的一种方法是辐射能量或物质(Moskowitz)。

但如果中子星内部的物质不是那种面条性质的物质呢?关于中子星的核心究竟是什么，已经提出了几种模型。一种是夸克核，剩余的质子与中子一起被浓缩并分裂，形成上下夸克的海洋。另一种选择是超子核，在超子核中，由于存在高能量，这些核子没有破裂，而是有大量的奇异夸克。另一个选择是相当吸引人的——介子凝聚核，在那里存在奇怪/向上或奇怪/向下的夸克对。找出哪些(如果有的话)是可行的是困难的，因为产生它所需的条件。粒子加速器可以制造出其中一些粒子，但温度要比中子星高数十亿甚至数万亿度。又一次停滞(索科尔)。

但是，一种可能的测试是利用脉冲星的小故障来确定哪种模型最有效。每隔一段时间，脉冲星就会经历速度的突然变化，出现故障，并改变其输出。这些故障可能是由于地壳和超流体内部(以低摩擦运动)之间的相互作用而产生的，就像1E 2259+586一样，或者是由于磁场线断裂。但当科学家们观察船帆座脉冲星三年之后，他们有机会看到故障发生前后的时刻，以及之前缺失的东西。在那段时间里，只有一个故障被发现。在故障发生之前，发送了一个“微弱而非常宽的偏振脉冲”，然后90毫秒后……没有脉搏，当人们期待的时候。然后，正常的行为又恢复了。用这些数据建立模型，看看哪种理论最有效(Timmer“3”)。

使用来自中子星内部成分探测器(NICER)的数据的其他工作可能暗示这些模型都不正确。它可以观测来自恒星表面的x射线闪光，由于重力作用，光的弯曲甚至可以看到恒星背后。利用这些脉冲，可以估计出大小。当观察距离我们1000光年远的1.4太阳质量中子星J0030和3000光年远的2.1太阳质量中子星J0740时，科学家们预计它们的大小会有很大的不同，质量大的中子星预计会小一些。这是因为更多的物质应该提供更多的核心凝结，但这两颗恒星的大小非常相似，直径约为25至28公里。这将意味着核心并没有坍缩成夸克组合的奇异状态，这意味着核心模型可能并没有像预测的那样实际发生。也许在自然界中不可能存在类似夸克的状态(O’callaghan)。

中子和中微子

还不相信这个奇怪的物理原理吗?好吧，我想我有些东西可以让你满意。它包括我们刚刚提到的地壳，也包括能量释放。但你永远不会相信是什么能量带走的代理人。它是自然界中最难以捉摸的粒子之一，几乎不与任何物质相互作用，但在这里却扮演着重要的角色。这是正确的;微小的中微子是罪魁祸首。

因此存在一个潜在的问题。怎么做?有时候物质会落入中子星。通常情况下，它的气体会被磁场捕获并被送到两极，但偶尔会有一些东西遇到表面。它将与地壳相互作用，在巨大的压力下下落，足以使它变成热核并释放x射线爆发。然而，要发生这样的爆炸还需要材料是热的。那么为什么这是个问题呢?大多数模型显示地壳是冷的。很冷。比如接近绝对零度。 This is because a region where double beta-decay (where electrons and neutrinos are released as a particle breaks down) occurs frequently has been potentially found below the crust. Through a process known as Urca, those neutrinos take energy away from the system, effectively cooling it down. Scientists propose a new mechanism to help reconcile this view with the thermonuclear explosion potential that neutron stars have (Francis "Neutrino").

星中之星

中子星所涉及的最奇怪的概念之一可能是TZO。这个假想的物体只是将一颗中子星放在一颗超级红巨星中，并产生于两者合并的特殊双星系统。但我们怎么能发现它呢?事实证明，这些物体都有保质期，经过一定年限后，超级红巨星层就会脱落，导致中子星的旋转速度比其年龄慢，这是角动量转移的结果。这样的天体可能就像1F161348-5055，一个200岁的超新星遗迹，但现在是一个x射线天体，旋转时间为6.67小时。这太慢了，除非它是TZO前世(Cendes)的一部分。

共生x射线双星

另一种类型的红星存在于另一个奇怪的系统中。在银河系中心方向，一颗红巨星在x射线爆发附近被发现。经过仔细检查，科学家们在这颗巨星附近发现了一颗中子星，当他们进行一些数字计算时，他们感到很惊讶。事实证明，红巨星在生命的这个阶段自然脱落的外层正在受到中子星的动力，并以爆发的形式发射出去。根据磁场读数，这颗中子星很年轻……但这颗红巨星已经很老了。有可能这颗中子星最初是一颗白矮星，它聚集了足够多的物质，超过了它的重量限制，坍塌成一颗中子星，而不是由超新星形成(Jorgenson)。

量子效应的证据

量子力学最大的预言之一是虚粒子的概念，虚粒子从真空能量的不同势能中产生，对量子力学有巨大的影响黑洞．但正如许多人会告诉你的那样，验证这个想法是困难的，但幸运的是，中子星提供了一种简单的方法来检测虚拟粒子的影响。通过寻找真空双折射，一种由虚拟粒子受到强磁场影响而产生的效应，这种磁场会导致光像棱镜一样散射，科学家们有了一种间接探测神秘粒子的方法。恒星RX J1856.5-3754，位于400光年之外，似乎有这种预测模式(O'Neill的“量子”)。

磁星的发现

磁星会同时发生很多事情。要对它们有新的见解是很有挑战性的，但也不是完全没有希望。其中一个经历了角动量的损失，这被证明是非常深刻的。中子星1E 2259+586(很吸引人，对吧?)位于仙后座星座方向，大约1万光年远，根据x射线脉冲，它的旋转速率为6.978948秒。也就是说，直到2012年4月，它下降了220万分之一秒，然后在4月21日发出了巨大的x射线爆发。有什么大不了的，对吧?然而，在这颗磁星中，磁场比普通中子星大几个数量级，地壳(主要是电子)遇到了很大的电阻率。因此，它无法像它下面的物质一样快速移动，这对地壳造成了压力，地壳破裂并释放出x射线。随着地壳的自我重组，自旋增加。根据尼尔·格里尔斯(来自戈达德太空飞行中心)(NASA, Kruesi“惊喜”)在2013年5月30日出版的《自然》杂志上发表的文章，1E经历了这样一次向下旋转和向上旋转，为中子星模型增加了一些证据。

你猜怎么着?如果一颗磁星减速到一定程度，它就会失去结构的完整性，然后坍缩成黑洞!我们已经在上面提到了这样一种失去旋转能量的机制，但是强大的磁场也可以通过在电磁波离开恒星的过程中沿着电磁波加速来抢夺能量。但是中子星必须很大——至少有10个太阳那么大——如果引力将中子星凝聚成黑洞的话(Redd)。

另一个令人惊讶的磁星发现是J1834.9-0846，这是第一个在它周围发现太阳星云的磁星。恒星的旋转和它周围的磁场的结合提供了观测星云亮度所需的能量。但科学家们不明白的是，星云是如何维持下去的，因为旋转速度较慢的物体会释放它们的风星云(BEC，温兹“A永远不会”)。

通常，磁星是我们所说的快速瞬态物体，简单地说，它们在毫秒到秒范围内的任何地方脉动。一个缓慢的瞬态物体会像超新星一样，在几天甚至几个月内改变亮度。但在大约4000光年之外，第一颗超长周期磁星可能已经被发现。它以20分钟为周期跳动，似乎介于我们习惯的两种闪烁速率之间。理论已经预测了它们的存在，但这颗磁星比预期的更亮，可能暗示了磁能和无线电波之间的更有效的转换，比我们想象的更可能(希尔)。

但还有更奇怪的。中子星能在磁星和脉冲星之间转换吗?是的，是的，它可以，正如PSR J1119-6127所看到的那样。Walid Majid(喷气推进实验室)的观测表明，这颗恒星在脉冲星和磁星之间切换，一颗由自旋驱动，另一颗由强磁场驱动。发射和磁场读数之间的巨大跳跃支持了这一观点，使这颗恒星成为一个独特的天体。到目前为止(温兹“这”)

作品的引用

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Wenz,约翰。“一个从未见过的磁星星云刚刚被发现。”Astronomy.com．孔蒂纳斯特。2016年6月21日。2018年11月29日。

——“这颗中子星无法下定决心。”2017年5月。打印。12。

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