中子星為何會有強大的磁場？

最近跟一些朋友聊起一個話題，中子星為何有強大的磁場？

磁通量是守恆的，上半主序星塌縮後磁通為10^1-10高斯，而中子星能達到10^11-13次高斯的強度（磁星高達14-15次），中子星是由中子組成，不帶電子，呈中性。如此強大的磁場到底如何形成？

我們先來了解下中子星是什麼。如果你為白矮星的巨大密度而驚嘆不已的話，這裡還有讓你更驚訝的呢！我們將在這裡介紹一種密度更大的恆星：中子星。

中子星是除黑洞外密度最大的星體（根據最新的假說，在中子星和黑洞之間加入一種理論上的星體：夸克星），中子星的密度為每立方厘米8×10的13次方克至2×10的15次方克之間也就是每立方厘米的質量為8千萬到20億噸之巨！此密度也就是原子核的密度，是水的密度的一百萬億倍。對比起白矮星的幾十噸/立方厘米，後者似乎又不值一提了。如果把地球壓縮成這樣，地球的直徑將只有243米!事實上，中子星的質量是如此之大，半徑十公里的中子星的質量就與太陽的質量相當了。

同白矮星一樣，中子星是處於演化後期的恆星，它也是在老年恆星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恆星，其質量更大罷了。根據科學家的計算，當老年恆星的質量為太陽質量的1.3~3.2倍時，它就有可能最後變為一顆中子星，而質量小於1.3個太陽的恆星往往只能變化為一顆白矮星。

但是，中子星與白矮星的區別，不只是生成它們的恆星質量不同。它們的物質存在狀態是完全不同的。

簡單地說，白矮星的密度雖然大，但還在正常物質結構能達到的最大密度範圍內：電子還是電子，原子核還是原子核，原子結構完整。而在中子星里，壓力是如此之大，白矮星中的簡併電子壓再也承受不起了：電子被壓縮到原子核中，同質子中和為中子，使原子變得僅由中子組成。而整個中子星就是由這樣的原子核緊挨在一起形成的。可以這樣說，中子星就是一個巨大的原子核。中子星的密度就是原子核的密度。中子星的質量非常大以至於巨大的質量讓光線都是呈拋物線掙脫。

在形成的過程方面，中子星同白矮星是非常類似的。當恆星外殼向外膨脹時，它的核受反作用力而收縮。核在巨大的壓力和由此產生的高溫下發生一系列複雜的物理變化，最後形成一顆中子星內核。而整個恆星將以一次極為壯觀的爆炸來了結自己的生命。這就是天文學中著名的「超新星爆發」。

話題扯遠了，我們言歸正傳，繼續來說中子星強大磁場的問題。

此番討論比較激烈，各種說法不一，後來我歸納了下以下幾個比較令人信服的理由：

1.粒子自旋產生磁場

大家都知道磁化效應，這裡就不多講了。在量子力學中，自旋是粒子所具有的內在性質，其運算規則類似於經典力學的角動量，並因此產生一個磁場。中子也是一種粒子 只要有自旋就會產生磁場。

2.帶電夸克

中子由夸克組成。夸克分為3種：「上夸克」（u）帶2/3的正電、「下夸克」（d）帶1/3的負電和「奇夸克」（s）帶1/3的負電，是由蓋爾曼於1964年提出的，他認為質子是由兩個上夸克、一個下夸克組成的；中子則是由一個上夸克、兩個下夸克組成的，2/3+（-1/3）+（-1/3）=0，（因此中子不帶電）．蓋爾曼的夸克模型為科學實驗所證實．他本人則由於這一成就而榮獲諾貝爾物理獎．近來，又先後發現粲夸克（c）、底夸克（b），根據理論上的對稱性，物理學家提出，應存在第6種夸克--頂夸克（t）。考量一個粒子一般會考慮到動量和位置 然後還有一個物理量「磁矩」，夸克也會有磁矩，所以中子星有磁場

3.自由電子產生

恆星坍縮過程中內部產生極其高的溫度和壓力，加速粒子運動，迫使部分電子擺脫原子核束縛成為了自由電子。

4.強大引力引起

強大引力使中子星周圍物質（類似於吸積盤）發生劇烈運動，平動和自旋過程中產生碰撞出現電離現象。

以上結論，個人認為第一第二點更加接近實際情況。而第三點和第四點，所產生的磁場是否能達到中子星10^11-13次高斯的強度呢？

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