為什麼你應該要懼怕磁星的原因

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中子星-地球

Paul Sutter先生是義大利第里雅斯特天文台的研究員及美國俄亥俄州立大學宇宙天文學及實作運用的客座學者.

Sutter同時是”Ask a Spaceman”及”RealSpace”的播客主持人,他同時在YouTube上有一系列” Space In Your Face”的影片,並且此篇文章被刊登於Space.com’s Expert Voices: Op-Ed & Insights上。

我必須坦白地說:磁星(Magnetars)真的令我害怕,但在我解釋為什麼之前必須先了解磁星是什麼。磁星是種很特別的中子星且這些中子星是種特別死亡的恆星。

這些磁星很容易被生產出來只要你是一個擁有巨大質量的恆星。所有的恆星都在其核心處將氫氣融合成氦氣。被釋放出來的能量支撐著恆星不被自身重力的重量給壓碎,並且一個很有用的副作用是它會釋放出生命所需的溫度及光線給任何環繞著它的行星。但是來自核心的燃料終將會耗竭,在此時受到重力的影響恆星的核心處會更加的擠壓在一起。

中子星誕生

隨著壓力加大,存於恆星中的氦氣開始融合成氧氣及碳元素直至氦氣完全耗盡。這就是我們的太陽在融合後的結果,但是有更多大質量的恆星會繼續進行著不均勻的燃燒,進行著更多密集及短生命週期的反應,在週期表上的體現反應直至鎳元素及鐵元素。

一旦固體的鎳元素及鐵元素在恆星核心處形成,很多的反應會變得雜亂無章且飛速。在此時仍然有許多的恆星物質殘餘在大氣中往核心推擠,但更多的融合並不會釋放能量因此也不會有殘留能量去避免恆星衰竭。

恆星會衰竭:鎳元素及鐵元素的原子核會分離(沒錯只有原子核,不要想在這種溫度及壓力下還能有完整的原子)。這些元素沒辦法應對核子衝擊。迷路的電子群被推到最近的質子群並且轉化成中子群。中子群仍然維持在中子群的狀態並且保持在滿穩定的狀態去預防恆星進一步的衰竭反映,一會兒我會再作解釋。那些流入的氣體嘗試著把核心擠壓成烏有並被中子核彈出並發出"喀不拉莫"的爆炸聲響。(註:我實際上並不知道那爆炸的聲響)

中子球

中子星

在超新星爆發會發生什麼現象的討論是個令人興奮的題目。我們現在專注在殘餘物質的討論:糊狀長得像球的中子團和一些流浪的質子群。中子球受到自身”簡併壓力(degeneracy pressure)”的支撐去抵銷自身的重量,”簡併壓力”是個好聽的說法指的是你只能裝載特定數量的中子群到一個箱子或是一個球體內。這是顯而易見的中子將會佔據了整個球體,但事情並不一定要照這劇本走。事實上是這”簡併壓力”造成了超新星爆發的劇烈反應。

我應該特別提到這點,如果仍然有許多的剩餘物質圍繞在中子球周圍,它本身的重量將會壓迫到”簡併壓力”。就在此時看看發生了什麼:一個黑洞就這樣被創造出來了,但這也是另一個故事了。我們絕對不會想要像那個被壓迫的可憐恆星一樣。

中子球,或者我該合適地稱它為中子星是”很奇怪的”,我想這是形容它(中子球)所用得最好的詞彙。中子星基本上就是如同城市大小體積般的原子核,是由全宇宙密度最高的東西之一。在這些恆星內部的重力把原子核擠分開讓它的部位隨意地飄移。

大部分的時候都是中子群在裡層,但仍然有部份的質子群在周圍飄移。一般而言,這些質子群會相互排斥但是它們就像被強核力(Strong Nuclear Force)強迫跟中子群綁在一塊。

中子星6

在中子星內部存有在極端情況下,複雜的物理交織作用造就了奇怪的構造。從表面開始,有著數百個長的像義大利麵疙瘩的中子團;在那之下,中子團互相連結成許多條長鏈就如同我們已經進入了義大利麵的表層;再往裡走,遇到了更極端的壓力這些義大利麵狀的長條鍊互相融合成千層麵般的構造;更往裡走,千層麵般的中子群失去了本來的形狀轉變為整齊劃一的棒狀物,但是這些棒狀物有著長長的隧道般的洞通過中心,最後形成了如同義大利筆管麵般的形狀。

我希望這些名字是我捏造的,但這些比喻是極度飢餓的物理學家所想出來的。

我有提到中子星會旋轉嗎?沒錯,每秒鐘轉了數百次。一個有如此大重力的物體僅僅有數毫米高,旋轉的速度可媲美你廚房的果汁機。好了!我們不再是亂來了。

中子星很恐怖

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諸如種種所述:不可思議的密度,超複雜的結構及荒謬的高轉速代表著中子星攜帶著滿嚇人的磁場。但磁場的產生不是需要充飽電的粒子嗎?中子不是中性的嗎?你說的對,但仍然有許多質子在裡面打轉,而這些高密度讓物理學變得很複雜...所以就算是中子星,它們仍然帶有磁場。

磁場究竟有多強?當你試著擠壓一個中子星的磁場,每當你擠壓一次磁場就變得更強,密度也變得更高。假定我們在擠壓從恆星大小(直徑100萬公里或英哩)到城市大小(直徑25公里,大約15英哩)的中子星,配合著內部的相關複雜的物理反應過程會加大磁場的影響,因此你可以想像這些磁場將有多強。

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事實上你不需要想像,因為我將會解釋給你了解。讓我們從熟識的地球開始,它的磁場大約是1高斯(gauss),這大約跟太陽的磁場差不了太多大約相差幾高斯到數百高斯(取決於你在太陽的哪個表面上做測量)核磁共振的檢查呢?大約是10000高斯。最強的人造磁場大約是數十萬高斯;事實上,我們沒辦法在機器不損壞的情況下製造出高於一百萬高斯的磁場。

讓我們回到中子星的磁場上,它大約有1兆高斯強度的磁場。你沒有看錯!單位的確是”兆”。

進入磁星

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我們終於要來談磁星了,你大概可以猜到它得名於磁力的強度(大約是一百萬的四次方高斯);這大約是你目前所處磁場的1000兆倍強,這讓磁星贏得了宇宙最強磁場競賽的冠軍,數字很龐大到我們很難用大腦去理解它。

這些磁場強大到帶給它們當地環境毀滅性的破壞。你知道原子群是由帶負電的電子環繞著正電的原子核所組成的嗎?這些電荷會對磁場有反應,但在正常的情況下不會。任何不幸的原子群會在磁星群變成筆管形狀。

它可不會就此打住,在所有原子群打亂之後;一般的分子化學作用都將不適用於此。你說共價鍵(Covalent bonds)嗎?哈,磁場可是會帶來巨量的高密度輻射爆炸;一般而言可不是什麼好事。

磁星Cover

如果不幸離磁星太近(1000公里或近600英哩)它所產生的磁場仍強大到可以影響你的生物電子使你的神經失效及影響你的分子結構。在磁星的範圍內,你將會被溶解...

我們沒辦法準確自了解為何磁星有如此強大的磁場。如同我所描述,中子星在物理學上的描述還很概略攏統。看起來磁星的壽命並不長,大約經過了1萬年(上下)以後它們將會穩定下來變成一般的中子星(仍然密度極高,磁場超強只是沒有磁星那麼可怕)。

因此即便是它們很恐怖,但至少它們不會存活那麼久。
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來源: Space.com

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