從理論上來(lái)說(shuō)，形成一個(gè)恒星質(zhì)量的黑洞是比較容易的。只需要等待一顆大恒星壽命終結(jié)，然后它的核在自重作用下坍塌。若該核的質(zhì)量大于2至3倍太陽(yáng)質(zhì)量，則它將成為黑洞；若小于2.2倍太陽(yáng)質(zhì)量，則形成中子星；若小于1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量，將成為白矮星。

? ? ? ?

? ? ?

?

兩個(gè)中子星的碰撞也可能形成黑洞。如果這兩顆發(fā)生碰撞的中子星進(jìn)行合并，合并后的對(duì)象能夠超出臨界限制，則可能產(chǎn)生一個(gè)黑洞。但是這個(gè)限制是什么呢？《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》里的一項(xiàng)新研究著手研究了這個(gè)問(wèn)題。該小組對(duì)中子星的合并進(jìn)行了幾次計(jì)算機(jī)模擬，發(fā)現(xiàn)這個(gè)臨界極限，不僅與兩顆恒星總質(zhì)量有關(guān)，還取決于中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)于后者我們?nèi)晕赐耆私狻?/span>

? ? ? ?

? ? ?

中子星中夸克核心的說(shuō)明。來(lái)源：CSC-IT科學(xué)技術(shù)中心JyrkiHokkanen

?

中子星的內(nèi)部取決于核物質(zhì)的狀態(tài)方程，該方程描述了例如物質(zhì)的堅(jiān)硬程度以及其傳導(dǎo)熱量的能力等特性。此外，還提出了幾個(gè)狀態(tài)方程，每個(gè)狀態(tài)方程的性質(zhì)略有不同，因此該團(tuán)隊(duì)使用一系列狀態(tài)方程模擬了合并。

? ? ? ?

? ? ?

他們發(fā)現(xiàn)，如果中子星的內(nèi)部比較有彈性或者“柔軟”一些，那么即使是小中子星的合并也能產(chǎn)生黑洞。但是，如果內(nèi)部較硬，則不能塌陷并形成黑洞。反之，這種合并將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較大，而且能夠快速旋轉(zhuǎn)的中子星，該中子星可以抵抗引力坍塌。確定結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵因素是兩個(gè)核在碰撞過(guò)程中是否分裂成了夸克。

? ? ? ?

? ? ?

LIGO-Virgo發(fā)現(xiàn)了中子星合并。圖片來(lái)源：西北大學(xué)LIGO-Virgo / FrankElavsky

?

這項(xiàng)研究對(duì)我們理解中子星和黑洞至關(guān)重要。2017年，引力波觀測(cè)站LIGO和Virgo探測(cè)到了兩顆中子星的合并，盡管他們無(wú)法分辨合并的結(jié)果是產(chǎn)生了黑洞還是一顆更大的中子星。物換星移，人們勢(shì)必會(huì)觀測(cè)到更多類似的合并，并最終確定創(chuàng)造黑洞的臨界極限。結(jié)合這項(xiàng)新研究，我們應(yīng)該能夠找到對(duì)中子星內(nèi)部進(jìn)行準(zhǔn)確描述的狀態(tài)方程。

? ? ? ?

? ? ?

相關(guān)知識(shí)

中子星是一顆巨大的超巨星的坍縮核心，總質(zhì)量介于10到25個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間，如果其富含金屬，質(zhì)量還可能更大。[1]中子星是除黑洞和假想的白洞、夸克恒星和奇異恒星外，體積最小但密度最大的恒星天體。[2]中子星的半徑約為10公里(6.2英里)，約為太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍。它們是由大質(zhì)量恒星的超新星爆炸和引力坍縮共同作用產(chǎn)生的，其核心被壓縮超過(guò)了白矮星密度，達(dá)到原子核的密度。

? ? ? ?

? ? ?

中子星一旦形成便不再主動(dòng)產(chǎn)生熱量，會(huì)隨著時(shí)間推移冷卻下來(lái);然而，它們?nèi)钥赡芡ㄟ^(guò)碰撞或積聚進(jìn)一步變化。這些天體的大多數(shù)基本模型表明，中子星幾乎完全由中子組成(沒(méi)有凈電荷，質(zhì)量略大于質(zhì)子的亞原子粒子);在中子星的條件下，存在于普通物質(zhì)中的電子和質(zhì)子結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生中子。根據(jù)泡利不相容原理的描述，中子星因受到中子簡(jiǎn)并的壓力，不會(huì)進(jìn)一步坍縮，就像白矮星受到電子簡(jiǎn)并壓的支持不會(huì)發(fā)生坍縮一樣。

? ? ? ?

? ? ?

然而中子簡(jiǎn)并壓力本身并不足以支撐一個(gè)超過(guò)0.7M的物體[4][5]，排斥核力會(huì)在支撐更大質(zhì)量的中子方面發(fā)揮更大的作用。如果殘余恒星的質(zhì)量超過(guò)托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限（約2倍的太陽(yáng)質(zhì)量），簡(jiǎn)并壓力和核力的結(jié)合就不足以支撐中子星，它會(huì)繼續(xù)坍縮形成黑洞。

?

?

?

?

?

?

?

作者：BRIAN KOBERLEIN

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處