第1420節
在簡并反應中。 原子核和電子會被分開,原子核緊挨著疊一塊兒,這時候的恒星不叫恒星,叫白矮星。 白矮星靠的是電子簡并壓對抗引力阻止星體收縮,中子星則是靠中子簡并壓與坍縮壓力進行對抗。 一旦內部簡并中子氣所產生的張力不能抗衡坍縮壓力,星體將進一步坍縮成為黑洞。 接著徐云頓了頓,繼續說道: “楊先生,根據我們的元強子模型成果,中子不帶電僅僅表示中子作為一個整體是電中性,并不表示中子的任何一部分都不帶電?!?/br> “正如鐵原子也是電中性的,作為一個整體,鐵原子也不帶電,但是這并不排除鐵原子的一部分帶正電另一部分帶負電?!?/br> “加之中子存在磁矩,因此中子星理論上同樣存在磁場?!?/br> “高速轉動的中子星就像是一個高速發電機的轉子在切割磁力線,所以在旋轉中的中子星……必然會發出電磁脈沖信號?!?/br> “至于這些信號的周期和磁場強弱……楊先生,您可以現在就結合我們的元強子算一算,應該很簡單的?!?/br> 楊振寧聞言,不由微微蹙起了眉頭。 徐云的解釋倒是還算不難理解,但現在要他計算磁場強弱和信號周期……這他就有些不明白了。 這兩個數據有意義嗎? 不過正如徐云所說,這兩個參數計算起來不算復雜,因此楊振寧猶豫片刻,還是提筆計算了起來。 眾所周知。 只要你相信廣義相對論在星體方面沒有問題,那么星體的結構便可以由tov方程給出: m(r)=∫0r4πr′2p(r′)dr。 一旦你給了另一個初始條件p(0)以及物態方程p(p),就可以通過求解上面的微分方程給出整個星體內部的密度壓強等等。 從星體中心向外,在某一個r處,p(r)降到了0,你就可以把這個r解釋成中心密度p(0)的星體半徑。 雖然這個方程對于極端致密天體的物態并不是非常的清楚,某種意義上來說甚至屬于待解決的重大物理問題之一,計算出大致區間還是不難的。 好比后世有一種根據腳長反推身高的公式,這公式準吧還真未必準,但是計算出來的身高區間多少都還符合【人類】的定義——至少不會給你算出個身高三米的巨人…… 加之徐云他們還在元強子模型中加入了原子核結合能半經驗公式,因此楊振寧很快將大致數據推導了出來。 不過在即將寫下最終得數的時候,楊振寧的筆尖忽然一頓,整個人輕咦了一聲: “唔?” 只見他再次將算紙拉到了最開始的地方,然后重新的核算了起來。 十分鐘后。 楊振寧的眉頭擰得愈發緊湊了,只見他重新拿起話筒,問道: “小徐,根據轉動慣量推導……在角動量守恒的基礎上,高速旋轉的脈沖星周期只有6秒左右?” 徐云嗯了一聲: “沒錯?!?/br> 吧嗒—— 話筒對面清晰的傳來了一道東西落地的聲音,不出意外的話應該是楊振寧手中的圓珠筆。 與此同時。 話筒對面的楊振寧亦是陷入了長久的沉默。 見此情形。 徐云很是理解的嘆了口氣。 當年的奧本海默雖然和沃爾科夫搞出了tov極限,但他們估計的中子星質量上限只有太陽的0.7倍左右。 而實際上根據后世的觀測結果顯示,他們所用的狀態方程對中子星而言并不理想,出入偏差是很大的。 因為…… 中子星的結構遠遠沒有那么簡單,甚至比徐云向楊振寧介紹的都要復雜很多倍。 就像地球外有一層大氣一樣,中子星最外層也有一層很薄的“大氣“。 它主要是由一些輕核,比如氫核,氦核,碳核組成。 然后往內走就是中子星的外殼層,它們密度橫跨七個數量級,主要由處于化學平衡的質子,中子和電子(注意到電子開始出現,并將提供巨大的費米壓強,這將決定了隨著密度增大中子星成分的變化)組成。 更確切的說。 外殼層的頂端還是由原子核和電子組成,不過隨著深度的增加,密度不斷增大,電子費米能也不斷增大,從而更大電荷數的核也不斷增加。 從最表面的鐵56核,一直到元素周期表的盡頭——鐵核是核素圖上單位核子束縛能最大的核,但是隨著密度增大,它不足以提供足夠的庫倫能約束電子 最終,由核對稱能來和電子的費米能競爭。 再往里面走是中子星的內殼層,原子核中過大的中子占比將造成核的不穩定。 它們會相互配對,形成超流相的中子氣來試圖降低能量。 接下來是中子星的外核了,這是中子星絕大部分的質量來源和半徑所覆蓋的區域,核物理中的對稱能在此決定了其中可能的組分。 這個殼層的密度達到了核物質密度,形成了緊致的均勻中子系統——可能這個才是最符合公眾對于中子星的認知的殼層。 這時候殼層的組成還多了繆子,因為電子的費米能不斷增大,甚至達到了繆子的靜止質量。 然后就是內核,物理界預期會出現帶有s夸克的超子(和繆子出現的原因類似),這中間有著名的超子疑難的問題。 除此之外,pi介子和k介子的集體激發會破壞空間宇稱,還可能出現介子凝聚等等…… 后世關于高速旋轉的中子星……也就是脈沖星還有著所謂的燈塔模型,不過這玩意兒目前似乎也有推導重來的風險。 當時徐云還基于脈沖星的某些性質寫了個新書開頭,想著下本書發布來著。 結果沒想到一年不到使用的理論就快廢了,只能說現代理論成果的更新速度確實有點兒快…… 總而言之。 后世對于中子星都了解甚少,更別說如今這個時期的物理學家了。 即便是楊振寧這樣的大佬,面對這些概念也顯得有些無力。 因此徐云在和楊振寧的交談過程中很多話都是收著說的,比如脈沖星的各類參數。 后世兔子們的黔省fast天眼已經探測到了超過800顆,有時一天幾個,有時幾天一個。(這里推薦一下fast的官網) 目前觀測到最慢的脈沖星周期大概是10秒自轉一次,已知最快的脈沖星轉速每秒716圈,表面的線速度達到光速的四分之一,編號psrj1748-2446ad。 在不自爆身份的情況下。 徐云敢把這個數字說給楊振寧聽,這位大佬不以為徐云有精神病都算是心態好的了。 過了足足有三四分鐘吧。 楊振寧方才重新拿起電話,對徐云問道: “……小徐,就算你說的脈沖星真的存在,那么它和引力波探測又有什么關系?” 徐云聞言暗贊了一聲不愧是大佬,在這種情況下都能抓住問題的關鍵——徐云引出脈沖星的目的,可是為了原初引力波來著。 如果脈沖星和原初引力波無關,那么它轉的再快也沒有意義。 于是徐云組織了一番語言,繼續說道: “楊先生,您應該知道,根據奧本海默歸納出來的中子星模型,脈沖星會發射很強的雙極輻射?!?/br> “假設——我是說假設啊,假設脈沖星的自轉軸和磁軸有一定的偏角,那會發生什么事?” “偏角?” 楊振寧眨了眨眼,思索著說道: “如果自轉軸和磁軸有偏角存在,那么當脈沖星磁軸掃過地球的時候,我們就會接受到一個脈沖信號?!?/br> “而兩次脈沖信號的間隔,就等于自轉周期……咦,等等!” 只見楊振寧的聲音驟然拔高了幾分: “小徐,你的意思莫非是……” “如果我們能找到自轉周期是毫秒級別的脈沖星,就可以根據自轉周期的變化,去探測原初引力波?” 啪! 徐云聞言隔空打了個響指,臉上的表情顯得很燦爛: “沒錯!” 早先提及過。 如果單純依靠科技設備,想要探測到原初引力波最少都需要架起比柯伊伯帶還大的探測器。 這對于現如今的人類科技水平而言顯然是不可能的,不過后世的物理學家卻在宇宙中找到了一個天然的引力波探測器。 那就是……脈沖星。 脈沖星除了轉速高之外,更重要的是它的磁場強度也很高。 磁場的衡量單位叫“高斯”,字母表示為gs。 地球磁場為0.7gs,就足以抵擋太陽風的侵襲; 木星磁場達到14gs,是地球的20倍; 太陽磁場極區普遍磁場很低,只有1gs,但太陽磁場活動性很大,兩極噴發時可達1000gs,日面寧靜區磁節點磁場強度也達到上千gs,黑子爆發磁場可達4000gs。 這些看起來已經很強的磁場,與中子星磁場比起來完全是小兒科了: 中子星的磁場強度至少在數千億gs以上,絕大多數脈沖星表面極區磁場強度都高于10000億gs,甚至高達20萬億gs。 超高強度的磁場可以為輻射束提供極強的動力,同時從磁極在各個方向中炸出——這些磁極并不總是與脈沖星的旋轉軸對齊,就像地球的南北磁極不與我們星球的旋轉軸對齊一樣。 在這種情況下。 毫秒脈沖星就像具有穩定周期的太空燈塔,當它掃過地球的時候,我們就在射電波段探測到一個脈沖。 我們可以把脈沖到達的時間準確地記錄下來,這類脈沖到達時間之間的間隔理論上是恒定不變的,但實際上這些間隔會有極其細微的變化。 導致這些變化有很多因素,已知的就有地球的運動,太陽系天體導致的引力紅移,星際介質的變化等等。