緻密天體:白矮星、中子星與黑洞

中子星

把一顆比太陽更重的恒星裡的所有東西,統統壓垮,直到一個城市大小的球裝下比太陽本身還多的物質。這就是中子星:一個直徑只有約二十公里的天體——小到能塞進一座城市裡——卻緻密到,一塊方糖大小的它就重得抵得上全人類加在一起。它是宇宙中僅次於黑洞的最極端天體,誕生於一顆大質量恒星的劇烈死亡。

當一顆重恒星耗盡燃料,它的核心會在不到一秒內塌縮。墜落的物質被壓得如此之狠,以致電子和質子合併成中子,一股微中子的洪流則把恒星外層炸飛,形成一場核心坍縮超新星。剩下的是一個幾乎純由中子構成的球,被壓到原子核的密度,靠中子簡併壓力抵抗重力撐住。這些數字違反直覺:表面重力約為地球的一千億倍,外殼比鋼堅硬數百萬倍,而許多中子星每秒自轉許多圈。

中子星不只是奇景——它們是大自然最極端的物理實驗室。它們的重力、磁性、密度和自轉全都超出我們在地球上所能造出的任何東西,讓我們得以在物理被繃得最緊之處檢驗它。我們以脈衝星的形式看見它們,在它們從伴星身上拉走氣體時看見它們成為明亮的X射線源,而最壯觀的,是當兩顆中子星彼此盤旋併合時——鍛造出金與鉑,並撼動時空的結構。一個常見的誤解是以為它們通體都是「中子湯」;實際上它們有一層稀薄的大氣、一層固態外殼,以及一個奇異而仍有爭議的核心。

一整座珠穆朗瑪峰那麼多的中子星物質,能裝進一茶匙裡。換個說法,全人類被壓到中子星的密度,會縮成一個比方糖還小的立方體——而那個立方體卻重達數億噸。

一茶匙中子星物質比一座山還重——密度超乎直覺。

中子星並非真的是一個巨大的原子核,也不是均勻的「中子物質」。它是分層的,外有由原子核和電子構成的外殼,覆蓋著富含中子的內部,而其最深處的核心或許藏著更奇異的物質。

又稱
neutron-degenerate star中子星