浩瀚宇宙的神秘天體——中子星

（圖片來源：美國國家航空航天局）

在這張由美國宇航局錢德拉天文臺的x射線觀測、超大望遠鏡的可見光測量和哈勃太空望遠鏡的附加資料組成的合成影象中，可以看到超新星爆炸中心的一顆中子星。

科學家們對神秘中子星的大小進行了新的估計，揭示了超密度恆星屍體比之前認為的略大。根據發表在《物理評論快報》上的最新評估，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，人們認為這些恆星是巨型超新星爆炸的殘留物，半徑略小，可達7。5英里（12公里）。在這個相對較小的半徑內（無論哪個），被擠壓的物質量相當於太陽質量的1。4倍，相比之下，太陽的半徑為432，169英里（695，508公里）。

研究人員不是透過直接測量中子星，而是透過觀察所謂的“中子皮”，即圍繞在鉛原子原子核周圍的中子外層來做出新的估計的。那麼，鉛和中子星的大小有什麼關係呢？ 鉛是地球上天然能找到的密度最大的物質之一。儘管鉛的密度遠不及中子星，但科學家們認為，支配鉛原子結構的物理原理一定與中子星結構背後的物理原理相似。

佛羅里達州立大學核物理學家豪爾赫·皮耶卡雷維奇（近期相關論文的作者之一）在一份宣告中說：“目前我們在實驗室中進行的實驗都無法探測中子星的結構，它是如此的獨特，我們根本無法在實驗室中製造出來。因此在實驗室裡任何能夠定義中子星的屬性或者給到我們訊號的發現都是非常有價值的。

皮耶卡雷維奇和他的同事們最近研究了一項名為PREX（鉛半徑實驗，Pb是鉛的化學符號）的實驗結果，該實驗最近由弗吉尼亞州托馬斯·傑斐遜國家加速器實驗室的物理學家進行。研究人員用電子束探測了鉛原子，發現鉛同位素Pb-208的中子皮有0。28飛米（0。28萬億分之一毫米）厚，大約是理論學家預測的厚度的兩倍。這項研究也被髮表在《物理評論快報》上。

中子表皮和中子星

原子通常由帶正電荷的質子、帶負電荷的電子和不帶電的中子組成。質子被擠壓在原子核中，電子在原子核外層分佈，而中子就比較複雜了。

較重的原子，如鉛，通常含有更多的中子。一些中子和質子一起被擠進原子核，但並不是所有的中子都能擠進去，剩下的部分將被推到原子核的邊緣，在那裡形成了物理學家所說的中子皮。

鉛最常見的同位素Pb-208含有82個質子和126箇中子，常被用於實驗研究。物理學家知道，原子的大小與其外層有關。皮耶卡雷維奇認為，同樣的假設可用於推理體積和密度更大的中子星。皮耶卡雷維奇在宣告中表示：“這種表皮的尺寸，以及它如何進一步擴充套件，與中子星的大小有關。” 他說，他的估計還只是初步的，科學家要真正正確地瞭解掌握中子星，還需要更多的工作和技術進步。

皮耶卡雷維奇說，這是在推動知識的前沿，我們都想知道我們從哪裡來，宇宙是由什麼組成的，它的最終命運是什麼。自2017年以來安裝在國際空間站的美國宇航局中子星內部成分探測儀（NICER）望遠鏡使天文學家能夠測量一些中子星的大小和質量，但天文學家對這些神秘物體的許多假設仍然基於理論。

相關知識

中子星，是恆星演化到末期，經由引力坍縮發生超新星爆炸之後，可能成為的少數終點之一。恆星在核心的氫、氦、碳等元素於核聚變反應中耗盡，並最終轉變成鐵元素後，便無法再從聚變反應中獲得能量。

中子是一種電中性的粒子，具有略大於質子的質量。中子屬於重子類，由兩個下夸克、一個上夸克和用於在它們三者之間作用的膠子共同構成。夸克的靜質量只貢獻出大約1%質子質量，剩餘的質子質量主要源自於夸克的動能與捆綁夸克的膠子場的能量。絕大多數的原子核都由中子和質子組成。

BY：Tereza Pultarova

FY： kairikoo

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