科學家如果想要開腦洞，那他們的想象力可比一般人大得多。在核物理和天文學中，科學家就把一種天體當作了一種菜肴，這是什么天體呢？

致密星中最恐怖的兩個存在——黑洞和中子星

這便是中子星，一顆致密又極為強大的天體。它幾乎已經(jīng)脫離了恒星的范疇，只有“天選之星”才能成為中子星?？茖W家認為，它可能是宇宙中最硬的物質(zhì)。

那么中子星是如何形成的呢？為什么中子星上會有這樣的“菜肴”？科學家是如何解釋這種情況的呢？這道“硬菜”有什么特別的地方嗎？本文將從中子星和中子星意面構(gòu)想這兩個方面進行解答，接下來一起看看這道比鋼鐵還要硬上100億倍的中子星硬菜，它是如何成為宇宙中最硬物質(zhì)的？

中子星構(gòu)想圖

中子星變意面

中子星在太陽系中并不算多，因為從時間上來講，一顆恒星從出生到死亡至少要經(jīng)歷近百億年的時間。中子星作為恒星的另一個終點站而言，它并不像黑洞或者白矮星那樣，是完全對立的兩個極端。不過要是再努力一些，中子星就能變成黑洞了。

成為中子星后，這里的引力、電磁力會變得異常詭異，而且巨大。殘余的簡并物質(zhì)會構(gòu)成中子星的主要部分，這些都是恒星之前“燃燒”剩下的余料。最終在引力作用下，所有的基本粒子被揉作一團，形成宇宙中最像球體的致密物質(zhì)。

1967年，劍橋大學女研究生發(fā)現(xiàn)脈沖星（中子星的一種）

為什么這么說呢？因為中子星上的環(huán)境過于特殊，所有的一切都被壓縮在內(nèi)部。如果上面有山一樣的形狀，那么中子星上最高的山峰不會超過2毫米，這使得中子星的表面十分“光滑”。

中子星的電磁力構(gòu)想圖

通常來講，如果恒星質(zhì)量在10~29個太陽質(zhì)量之間完成壽命終結(jié)，那么它們便會成為中子星。而它們的內(nèi)部則令人感到不可思議，要知道它們之前可是比太陽還要大上數(shù)十倍的恒星。中子星會把所有的一切壓縮進直徑只有數(shù)十公里內(nèi)的“球體”中。

由于過分強大的引力，就連科學家也搞不明白，中子星的內(nèi)部有什么，又是什么情況。目前學術(shù)界的觀點認為，中子星具有不同結(jié)構(gòu)的中子扭曲物質(zhì)。為了完成中子星的基本研究，也許是為了方便命名和記錄，科學家以意大利面來命名其中的結(jié)構(gòu)。

中子星兩極發(fā)出的強電磁輻射束就像宇宙的燈塔閃爍

也許他們只是意面愛好者，總之名字就是來的，下面來看看中子星的意面結(jié)構(gòu)吧。

“硬核”的中子星意面

首先是中子星的表面，簡并物質(zhì)在這里被包裹住，地表附近像“團子”一樣的結(jié)構(gòu)，它們是圓形的氣泡狀中子。進入中子星后，強大的壓力會強迫中子進入一種被稱之為意大利面的長管中。再繼續(xù)前進，這里的變化就顯得十分詭異了，所有物質(zhì)被壓縮成像千層面一般的中子片。

不同形態(tài)的中子星意面

中子星意面組合就這么來了，盡管這看上去相當奇葩，但這是科學家根據(jù)現(xiàn)有的觀察和理論做出的合理預設和建模。由于現(xiàn)在的觀測手段并不能直接觀察到中子星的內(nèi)部，為了完成較為具體的分析工作，科學家只有依賴計算機來完成剩余的工作。

一般的計算機可模擬不了中子星這么強大的天體，如果用單個GPU進行模擬計算，至少得花費250年的時間。這份模擬工作的成果主要來自于麥吉爾大學、加州理工大學和印第安納大學的共同合作。計算機模型顯示，中子星內(nèi)部密度比地球上的鋼鐵還要硬100億倍。

使勁擠壓下，最終形成極高密度的物質(zhì)，類似巨大的原子核

研究人員馬特·卡普蘭認為，中子星巨大的重力使得它們的外層“凍結(jié)”成了固體，看起來和地球非常相似，外部薄薄的外殼包裹著一個液體核心。

計算機模擬的中子星固體外殼，壓力把原子核壓縮成了晶格

也許這種的說法還不能很直觀地解釋中子星的內(nèi)部壓力和重力有多大。根據(jù)美國NASA的說法，這種天體就好比把太陽質(zhì)量兩倍的恒星塞進一個只有20公里寬的球體中。僅是擓一勺方糖大小的中子星，它的質(zhì)量也能和珠穆朗瑪峰的重量相當。

卡普蘭作為中子星意面的主要研究人員不僅模擬了中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還利用計算機模型對預設模型進行拉伸和擠壓，以此了解中子星意面是如何斷裂的。這么做還有一個重要的目的——它能夠幫助科學家們計算中子星意面的強度。

中子星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的猜想圖

這種意面只存在于中子星，其他任何天體都不會有存在。這時可能有吃貨想發(fā)問了，如果真的想要嘗一口中子星意面會如何呢？

根據(jù)卡普蘭博士的介紹，如果真的能夠以某種神奇的方式將中子星意面?zhèn)鞯侥愕氖种?，毫無疑問這會讓人當場斃命。由于脫離了中子星的壓力束縛，活躍的中子星意面會像核彈一樣爆炸，這也是為什么它會被稱作“核意面”。

脈沖星的示意圖——球體代表中子星，曲線表示磁場線

很明顯，這種物質(zhì)太過于特殊，可是科學家為何對它們?nèi)绱酥阅兀?/p>

意面揭示宇宙起源？

事實上科學家研究中子星還有另外一層目的，那就是探索宇宙的本質(zhì)和起源。這看起來又回到了一個老生常談的問題上，宇宙是怎么來的？

恒星的演化過程

在最新的中子星碰撞觀測中，科學家們得到了一個非常驚人的結(jié)果。大質(zhì)量的中子星核心十分致密，原子核在這里失去了自己的形態(tài)，它被凝聚成了夸克物質(zhì)。這對天體物理學來講非常重要，在這之前，夸克核是中子星內(nèi)核的主要物質(zhì)只存在于理論中，如今科學家終于有機會觀察到它們。

這在過去是令人難以想象的，天文學家假設，在足夠高的熱量和密度下，中子會進一步被分解成夸克，然后形成夸克湯。夸克作為基本的亞原子粒子，經(jīng)過結(jié)合形成了復合粒子，也就是質(zhì)子和中子，而這些便是構(gòu)建原子的底層物質(zhì)。

圍繞中子星的鐵原子氣體呈現(xiàn)的模糊環(huán)線出現(xiàn)了扭曲現(xiàn)象

另一方面，中子星的活動還會伴隨引力波的出現(xiàn)，這對中子星的內(nèi)部觀察起著關鍵作用。在2017年，天文學家觀察到了GW170817的碰撞。這兩顆中子星的變化隨著引力變形可以揭示它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，多個發(fā)現(xiàn)表明，這些中子星的核心不完全是夸克物質(zhì)。

夸克物質(zhì)是什么？

對于研究宇宙的天文學家而言，中子星夸克的發(fā)現(xiàn)關系著宇宙的誕生。因為在現(xiàn)有的理論中，宇宙在大爆炸之前是由夸克膠子等離子體構(gòu)成的熱湯強子。因此，我們可以看出中子星有可能是回溯這一切的關鍵。

夸克不會被禁閉在某一個特定的強子或者某一個小區(qū)域

除了現(xiàn)有的觀測手段外，夸克在粒子對撞機實驗中也能形成極其短暫的一瞬間。很明顯現(xiàn)有的粒子對撞機不能完成有效的觀測，如果科學家在未來能夠描述出夸克物質(zhì)在中子星的形成條件，則有助于人們更好地了解宇宙。

粒子對撞機

隨著引力波能夠更加頻繁地被觀測到，中子星的謎團也在一步步揭開，相信未來不久，科學家會找到一種新的方式來描繪我們生活的宇宙。