太阳质量 中子星是怎么产生的,为什么这么重?

一,中子星确实很重
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中子星
我们知道,构成物质的最小单位就是原子,而原子由原子核和核外电子组成,原子核由中子和质子组成,其中质子带正电荷,电子带负电荷,中子不带电荷。而中子星这种天体全是由中子组成,那带电荷的质子和电子到哪去了?答案是质子和电子都变成中子了。
二,质子变为中子的两种途径
在自然状态下,中子变成质子比较容易,中子的寿命很短,只有14分钟42秒,除非结合为原子核,否则一个原子核外的中子极易衰变为一个质子、一个电子和一个反电子中微子;而质子变为中子很难,一般有两种途径:
太阳质量|中子星是怎么产生的,为什么这么重?】一种是逆β衰变,当质子受到反电子中微子轰击时,质子会向外发射一个正电子后变成中子,
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逆β衰变的费曼图
但这个条件要求非常苛刻,这个最小的粒子――中微子需要至少具有1.806MeV的动能,并且要准确击中质子才行。
另一种就是把电子强行压入质子中,这样电荷变为中性,其中一个上夸克变为同颜色的下夸克,即由两个上夸克和一个下夸克组成的质子变成由一个上夸克和两个下夸克组成的中子了。
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但这种质子变中子的途径是在极端条件下才能实现,因为一个核外电子想进入质子中需要克服泡利不相容原理引起的电子兼并压,这需要很大的力量,中子星的形成就是属于这种途径。
三,中子星是如何形成的以及这么重的原因。
当恒星内部所有核聚变停止时,恒星因内部再也没有力量抵抗恒星自身的引力而开始收缩。这种力量先是把核外电子从轨道上剥离为游离自由状态,大大压缩了原子的空间,这时星体的密度大约为每立方厘米1吨到10吨,这是小于1.4倍太阳质量恒星的最终演化结果,其内部抵抗自身重力的不再是核聚变,而是电子兼并压,电子兼并压和重力最终达到平衡,星体停止收缩,最终形成我们熟悉的白矮星。
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白矮星
如果是大于1.4倍太阳质量而小于3.2倍太阳质量的恒星会继续收缩,电子简并压不足以抵抗自身强大的重力,电子最终被压入质子形成中子,星体变成全部由中子紧挨着构成的状态,这种状态与原子核的状态是一样的,这就相当于原子核外空间被全部压缩掉了。原子核的质量占整个原子的99.99%以上,但它的体积却只为原子的几千亿分之一,
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原子结构
因此当压缩掉原子核外的所有空间后,原子核或中子星的密度就变得惊人的高。可高达每立方厘米1亿吨,即中子星上一个花生米大小的物质就重达1亿吨。为了形象地认识中子星的密度和压缩比例,咱们拿地球举例,有人经过计算认为,地球如果变成白矮星,其直径大小只有22米。

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