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中子星的内部看起来很奇怪。

外来的超压缩物质可以看起来像面食,等等。

没有摩擦的中子的热流体、由质子构成的超导体和由异国原子构成的固体外壳……由Matthew R. Francis

H没有摩擦的中子的流体,由质子构成的超导体,和由这些奇异原子构成的固体外壳,使中子星成为我们迄今为止在宇宙中发现的最奇怪的物体。他们把所有质量的恒星都装成一个城市大小的球体,导致我们在地球上没有的物质状态。

然而,尽管它们极端古怪,中子星却包含着模糊的熟悉特征,仿佛透过漏斗形的镜子黑暗地看到。最奇怪的一个事实是,中子星深处,你可以找到满满一堆满满的(核)意大利面。

力量和密度不可能更大,但是出现的形状惊人的相似。

面食是由质子和中子组成的,由极端压力保持在一起。这些古怪的原子核排列成怪异的结构,印第安那大学的Matt Caplan和他的同事们称之为“核意大利面”。面食层位于地壳内部,是中子星外壳和核心之间的过渡区。在这一层的顶部,细胞核形成“GoCCHCI”的斑点,在更深的层次上,它们连接在一起,称为“意大利面条”,压力更大,意大利面条被压缩成“宽面条”:扁平的核物质。然后面食转变成“反面食”:面条形的圆柱形中空,中子开始漏出,卡普朗称之为“反意大利面条”。最后,当压力足够高时,这些空洞会分解成小气泡,即“反GNCCHI”阶段。

巧妙的:沃尔特·默奇

20世纪90年代,在编辑肖恩康纳利主演的电影《First Knight》的间歇期间,沃尔特·默奇正在阅读梦游者,这本书是由匈牙利英国作家Arthur Koestler撰写的《宇宙论史》。默奇被一个脚注击中…阅读更多

是的,这些都是Caplan和他的团队发表的论文中使用的术语。一篇论文甚至提到“核华夫饼干”,它就像是有孔的千层面。

异国通心粉:对恒星内部核物质形状的模拟显示了“面食阶段”,形状类似于宽面条、意大利面条和GncCh。转载“物理评论C”许可证*

更奇怪的是,核面食与某些生物分子形成的结构相似。这些分子是脂聚合物,它们存在于脂肪中。因为它们是由水性和防水层夹在一起的,它们与水环境的相互作用使它们能够自组装成意大利面条和被称为内质网的千层面状结构,在复杂的(真核)细胞中发现。

相似之处是惊人的,尽管系统在大多数方面看不出更多不同。核面食的密度大约是细胞的100兆倍,是10的细胞。十四,或者是1,后面是14个零。中子星中的力是强电磁力和核力;细胞受较弱的分子电力和水的微观性质支配。即使是积木也是不同的:核面食的原料是质子和中子,而内质网是由长链分子串在一起形成的。

Caplan说:“共同点是他们想要最小化地表能量。”想想肥皂泡或国际空间站上溅出的水:它们大致呈球形。这是因为表面力将分子聚集到球体中,这涉及到表面上最低的能量。由于面条层和周围物质之间的相互竞争的吸引力和排斥作用,产生核面团和内质网的力量并不是对称的。然而,物理学定律仍然在起作用,并希望将所涉及的能量降到最低。其结果是在中子星壳或细胞的水性内部的斑点和折叠的片材和空腔。力量和密度不可能更大,但是出现的形状惊人的相似。

“你必须了解地壳,否则你什么都不懂。”

另一个怪异的相似之处解释了为什么科学家们开始对核意大利面食如此感兴趣。意大利面层被夹在中子星坚硬外壳和超流体内部之间。在反GNOCCHI层之下,几乎每一个质子与电子结合形成中子,这标志着地壳结束的边界。下面是中子星核,它是中子超流体:一种没有任何阻力流动的液体。(研究人员认为也有一个内核,但确切地说是怎样的,这是一个有争议的问题。)坐在自由流动的中子流体和坚硬的铁外壳之间,核面食是非常不同的区域之间的界面。

这就像地球上的塑料样地幔,它位于流动的熔融岩芯和固体地壳之间。地球地幔是理解地震的关键,中子星的面食层是描述宇宙中任何地方最剧烈的应力释放:星震的必要条件。

阿姆斯特丹大学的中子星天文学家Anna Watts说:“如果地球发生了一次非常大的地震,地震学家就可以探测到地壳的初始破裂和地震波在地球内部的跳跃。”同样地,“星际撞击也变得非常有趣,因为它们通过观察恒星的反应有效地让你在中子星中窥视。”正如地震导致研究者发现地球核的存在和性质一样,星际震荡通过整个中子星内部振动。在地壳上发生的事情并没有停留在那里:固体晶体的破碎将振动通过面团层传递到核心,反过来又可以反馈到地壳的行为。但我们间接观察到的是地壳破裂和改革的方式。“当你看中子星时,你所看到的是地壳,”Caplan说。“你必须了解地壳否则你什么都不懂。

事实上,当一颗中子星正在经历一次从地球最明显的星震。中子星太小,不能直接看到,但有少数有如此强的磁场,它们被称为磁子。这些可能是最年轻的中子星,它们的强磁场产生的空间天气与我们在太阳风暴期间看到的太阳风暴相似,虽然上升到11。磁场不喜欢被紧密地包裹在一起,所以它们“重组”,一起捕捉并释放大量的能量。其结果是磁层的破裂、巨大的星震和伽马射线的爆发。

沃茨说:“非常明亮的初始伽马射线闪耀往往会使任何卫星立即看到它。”对卫星来说是幸运的,但不幸的是,科学家们,伽马射线耀斑很少见,只有三的发生,因为我们已经有设备来看到它们。

但这就是我们从地球看到的:来自中子星的伽马射线和其他光。利用观察、理论和计算机模拟的神奇结合,我们可以将爆裂追溯到星震和破裂壳和流体岩心之间的面食层。

了解核面食可以帮助我们不仅了解地壳破裂过程中发生了什么,而且揭示了中子星核的一些神秘动力学。中子星的核心是一个非凡的发电机,它产生了我们所知道的最强烈的磁场。这些磁场必须通过移动电荷来实现,但是发电机的精确性质是未知的。这是因为几乎所有关于中子星核心的东西都无法接近地球上的实验,这要归因于所涉及的强大压力。研究人员并没有一个清晰的理论图像,将核心物质的压力与密度和温度联系起来,这将让我们描述各种有用的东西,比如中子星的大小。核深处物质的搅动对于理解整个中子星是至关重要的,而面食层是未知的和可观察的性质之间的联系。

中子星不是自然界中的第一个例子,它是在不同尺度和物质之间的相似性。在超导导线和横跨海洋中,有一种叫做孤子的不寻常的持续波,冲击波的前兆发生在光年膨胀的星系和微小的气泡中,旋涡表征了从龙卷风到磁场的一切。持久形式的想法至少可以追溯到Plato蒂梅厄斯对话,一个造物主,或神圣的工匠,邮票形状的物质世界从永恒不变的模型。哲学家和科学家发现了一个世界,中子星的奇怪回声不仅是常见的,而且是意料之中的。


Matthew R. Francis是物理学家、科学作家、演说家和教育家。

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推荐信

1。Caplan,M.E.,Schneider,A.S.,霍洛维茨,C.J.,贝瑞,D.K. Pasta核合成:核统计平衡的分子动力学模拟。物理评论C 九十一,065802(2015)。

2。Schneider,A.S.,Berry,D.K.,布里格斯,C.M.,卡普朗,M.E.,霍洛维茨,C.J.核“华夫”。物理评论C九十,055805(2014)。

三。兰德,S.K.,安德松,N.,Antonopoulou,D.,瓦茨,A.L.在中子星中磁力驱动的地壳地震。皇家天文学会月报四百四十九,2044-2058(2015)。


*由施耐德、As、霍洛维茨、C.J.、Hugto、J、& Brice、D.K.的许可转载的图像。核“面食”形成.物理评论C八十八,065807(2013)。版权所有2015由美国物理学会。

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