比一比，鉛核和中子星有什么共同之處？比完有點(diǎn)不一樣

浩瀚宇宙的神秘天體——中子星

(圖片來(lái)源:國(guó)家航空航天局)

在這張由宇航局錢(qián)德拉天文臺(tái)的x射線觀測(cè)、超大望遠(yuǎn)鏡的可見(jiàn)光測(cè)量和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的附加數(shù)據(jù)組成的合成圖像中，可以看到超新星爆炸中心的一顆中子星。

科學(xué)家們對(duì)神秘中子星的大小進(jìn)行了新的估計(jì)，揭示了超密度恒星尸體比之前認(rèn)為的略大。根據(jù)發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上的最新評(píng)估，除了黑洞之外宇宙中已知密度最大的物體——中子星，其半徑在8.2到8.9英里(13.25到14.25公里)之間。此前，人們認(rèn)為這些恒星是巨型超新星爆炸的殘留物，半徑略小，可達(dá)7.5英里(12公里)。在這個(gè)相對(duì)較小的半徑內(nèi)(無(wú)論哪個(gè))，被擠壓的物質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍，相比之下，太陽(yáng)的半徑為432,169英里(695,508公里)。

研究人員不是通過(guò)直接測(cè)量中子星，而是通過(guò)觀察所謂的“中子皮”，即圍繞在鉛原子原子核周?chē)闹凶油鈱觼?lái)做出新的估計(jì)的。那么，鉛和中子星的大小有什么關(guān)系呢? 鉛是地球上天然能找到的密度最大的物質(zhì)之一。盡管鉛的密度遠(yuǎn)不及中子星，但科學(xué)家們認(rèn)為，支配鉛原子結(jié)構(gòu)的物理原理一定與中子星結(jié)構(gòu)背后的物理原理相似。

佛羅里達(dá)州立大學(xué)核物理學(xué)家豪爾赫·皮耶卡雷維奇（近期相關(guān)論文的作者之一）在一份聲明中說(shuō):“目前我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都無(wú)法探測(cè)中子星的結(jié)構(gòu)，它是如此的獨(dú)特，我們根本無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室中制造出來(lái)。因此在實(shí)驗(yàn)室里任何能夠定義中子星的屬性或者給到我們信號(hào)的發(fā)現(xiàn)都是非常有價(jià)值的。

皮耶卡雷維奇和他的同事們最近研究了一項(xiàng)名為PREX(鉛半徑實(shí)驗(yàn)，Pb是鉛的化學(xué)符號(hào))的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)最近由弗吉尼亞州托馬斯·杰斐遜國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家進(jìn)行。研究人員用電子束探測(cè)了鉛原子，發(fā)現(xiàn)鉛同位素Pb-208的中子皮有0.28飛米(0.28萬(wàn)億分之一毫米)厚，大約是理論學(xué)家預(yù)測(cè)的厚度的兩倍。這項(xiàng)研究也被發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

中子表皮和中子星

原子通常由帶正電荷的質(zhì)子、帶負(fù)電荷的電子和不帶電的中子組成。質(zhì)子被擠壓在原子核中，電子在原子核外層分布，而中子就比較復(fù)雜了。

較重的原子，如鉛，通常含有更多的中子。一些中子和質(zhì)子一起被擠進(jìn)原子核，但并不是所有的中子都能擠進(jìn)去，剩下的部分將被推到原子核的邊緣，在那里形成了物理學(xué)家所說(shuō)的中子皮。

鉛最常見(jiàn)的同位素Pb-208含有82個(gè)質(zhì)子和126個(gè)中子，常被用于實(shí)驗(yàn)研究。物理學(xué)家知道，原子的大小與其外層有關(guān)。皮耶卡雷維奇認(rèn)為，同樣的假設(shè)可用于推理體積和密度更大的中子星。皮耶卡雷維奇在聲明中表示:“這種表皮的尺寸，以及它如何進(jìn)一步擴(kuò)展，與中子星的大小有關(guān)。” 他說(shuō)，他的估計(jì)還只是初步的，科學(xué)家要真正正確地了解掌握中子星，還需要更多的工作和技術(shù)進(jìn)步。

皮耶卡雷維奇說(shuō)，這是在推動(dòng)知識(shí)的前沿，我們都想知道我們從哪里來(lái)，宇宙是由什么組成的，它的最終命運(yùn)是什么。自2017年以來(lái)安裝在國(guó)際空間站的宇航局中子星內(nèi)部成分探測(cè)儀(NICER)望遠(yuǎn)鏡使天文學(xué)家能夠測(cè)量一些中子星的大小和質(zhì)量，但天文學(xué)家對(duì)這些神秘物體的許多假設(shè)仍然基于理論。

相關(guān)知識(shí)

中子星，是恒星演化到末期，經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆炸之后，可能成為的少數(shù)終點(diǎn)之一。恒星在核心的氫、氦、碳等元素于核聚變反應(yīng)中耗盡，并最終轉(zhuǎn)變成鐵元素后，便無(wú)法再?gòu)木圩兎磻?yīng)中獲得能量。

中子是一種電中性的粒子，具有略大于質(zhì)子的質(zhì)量。中子屬于重子類(lèi)，由兩個(gè)下夸克、一個(gè)上夸克和用于在它們?nèi)咧g作用的膠子共同構(gòu)成?？淇说撵o質(zhì)量只貢獻(xiàn)出大約1%質(zhì)子質(zhì)量，剩余的質(zhì)子質(zhì)量主要源自于夸克的動(dòng)能與捆綁夸克的膠子場(chǎng)的能量。絕大多數(shù)的原子核都由中子和質(zhì)子組成。

BY:Tereza Pultarova

FY: kairikoo

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