中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

  • 小编 发布于 2019-11-04 05:26:32
  • 栏目:科技
  • 来源:蓝之湾
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理论的威力在于预见,这句话在天体物理学中尤为适用。科学家们通过理论测算,预见了黑洞、白洞、虫洞、类星体、脉冲星等神秘的高能天体的可能存在。随后,天文学家利用超级"天眼"竟然真的观测到了这些星体。

在探索宇宙奥秘的征途上,总是存在着很多激动人心和难以期待的"意外"出现,这些或许是科学的持久乐趣所在吧。今天为大家介绍的不服输的"叛逆者"——中子星,也是如此。

中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

中子星的传奇故事

1967年10月,英国剑桥大学卡文迪许实验室,24岁的研究生乔斯林·贝尔刚刚过完生日回到实验室,在例行检查"贵重"的射电望远镜时,她发现了一些有规律的脉冲信号。这些信号很有意思,不仅仅很有规律而且非常稳定,似乎是有人故意为之。

乔斯林反复研究和测定之后发现,这个信号的周期是1.337秒,类似人类的脉搏一样持续出现。究竟是什么人发出的信号呢?这个信号是什么意思呢?会不会是"外星文明"的讯息?乔斯林十分困惑。于是,她赶快将这一发现汇报给了自己导师安东尼·林伊什教授,并且把自己的想法也一并告知。但是非常遗憾的是,安东尼并没有预感到什么而是敷衍了几句,就将此事忘掉脑后了。

中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

乔斯林坚信这个发现有着特别的意义,于是她日复一日的观测信号的来源,并猜测这个讯息会不会是"小绿人"(little green man, LGM)发来联系信号呢,或者这个信号背后也许就是科幻小说中提到的"超时空接触",想想都激动。

就这样,乔斯林在日常工作之余废寝忘食般的持续观察了半年之久,她又发现了数个类似的信号,也是犹如脉搏一样,持续和具有一定的周期,但是这些信号的意义却无法破译,简直不可思议。她将这些发现整理了一下,汇报给了安东尼,这次安东尼才意识到一个伟大的发现就要揭开神秘的面纱。

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剑桥大学

安东尼在乔斯林的研究基础上,继续深入研究和测算,最终发现这是一类尚未被人类发现和报道的新型星体,并命名为"脉冲星"(Pulsar,又称之为"波霎")。

安东尼报道了这一发现,顿时轰动世界,他也因此荣获诺贝尔奖。脉冲星的发现,与类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子等,被称之为20世纪60年代天文学界的"四大发现"。

很讽刺的是,诺贝尔奖只授予了安东尼,却没有提到乔斯林。而乔斯林在不久也被卡文迪许实验室解雇,只能客走他乡寻求生计。业内很多科学家都为此抗议和愤愤不平。

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什么是中子星

在揭开中子星神秘面纱之前,我们先来了解一下什么是中子星。顾名思义,中子星就是一个由处于中子态的物质组成的天体。物质一般是由原子组成的,原子分为原子核和周围的电子,原子核中有质子,当电子被原子重力压入原子核中,电子与质子反应形成中子,这类物质就是所谓的"中子态",由中子态物质组成的天体称之为中子星。

中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

中子星是大质量恒星演化的结局之一,当恒星核心的核聚变材料燃烧完毕之后,也就是核聚变到铁元素的时候,由于没有了巨大的热能来对抗恒星的重力,所以这颗恒星就会发生重力导致的极速塌缩,这些恒星物质就会在核心的位置发生碰撞,发生铁元素之后的核聚变反应,并发出持续的可以照亮整个一个星系的爆炸,一般可以持续几周或几个月时间,科学家称之为"超新星爆发"。

超新星爆发期间会聚变合成大量铁元素之后的物质,并抛洒到宇宙空间作为星系形成和进化的原材料,剩余的一定质量可能会形成中子星、白矮星或者黑洞。

中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

中子星的"神秘面纱"

可以说中子星是恒星演化过程中的"叛逆者",因为它是宇宙间最为神秘的物质之一,为什么说神秘呢?因为它具有人类难以理解的"高密度"。比如一个糖块大小的中子星物质在地球上质量约为1亿吨,换个解释的方法,就是将所有地球人类累加起来的质量就与之相等。

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中子星一般很小,直径一般不超20公里,密度极大,是目前人类认知范围内密度最大的物质(黑洞不属于一般的物质,所以不在本文讨论范围内)。最近有报道,美国国家科学基金会研究人员使用先进的绿岸望远镜发现了一颗直径为30公里的中子星,这是目前人类发现和报道的最大的中子星,它约等于将2.17个太阳塞进了一个直径为30公里的球体内,所以密度和引力高的惊人。

中子星的故事:不服输的“叛逆者”,一个超出人类理解的真实存在

脉冲星一般属于中子星,但是不是所有的中子星都是有脉冲信号。那是因为有的中子星的信号并不会经过地球,所以我们观测不到脉冲信息。中子星和黑洞是宇宙中为神秘的天体,因为它们具有较大的引力,中子星逃逸速度为光速的一半,所以光经过中子星的时候,由于它较大的引力周围的时空发生了弯曲,所以形成漂亮的光环。

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中子星对人类有什么价值呢?

计量工具

中子星的脉冲信号具有准确性和周期性,就像茫茫大海上的"灯塔"一样,可以帮助科学家进行计算时间和测算周围天体和质量。

宇宙中贵重金属的来源

科学家们认为地球上的黄金、铂金和其他重金属元素,来自于太阳系诞生前几亿年中子星碰撞的大爆炸。长期以来科学家普遍认为,普通的元素,如氧、碳等,是濒死的恒星发生爆炸变成新星时生成的,但是让科学家们感到困惑的是,这些恒星爆炸不能产生在地球上这样大量存在的重金属元素。于是,猜想中子星碰撞和爆炸是宇宙中重金属的来源,计算机模拟测算证实了这些猜想。

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宇宙起源的证据

科学家使用超级计算机进行模拟计算后发现,中子星爆炸可以喷射出大量的重金属元素和灰尘,这些元素的数量与宇宙中含量非常接近,这些成果也间接的告诉了我们"宇宙是来自哪里"。

结语

宇宙中神秘的叛逆者中子星,似乎与它的发现者乔斯林一样具有"叛逆精神",中子星的神秘不仅仅在于它具有令人惊骇的特性,还有对"既定命运"的不服和反抗,这种令人敬佩的精神似乎激励着乔斯林在科学研究的道路上,不弃不馁,最终取得了万人瞩目的成就。

有人说,人到中年焦虑已经是常态,应该怎样活着才能不枉此生呢?我们也是应该像中子星一样,尽管命运不公,也是不服输,为了理想坚持,奋斗,自强不息。

参考文献

1. H. T. Cromartie, E. Fonseca, W. W. Zhu. Relativistic Shapiro delay measurements of an extremely massive millisecond pulsar. Nature Astronomy, 2019; DOI: 10.1038/s41550-019-0880

2. WikiPedia.

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