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中子星核心溫度超過100億度,每秒自轉數百圈,是怎麼形成的?

經過超新星爆發後形成的中子星,原恆星的體積大大縮小,勢能轉化為中子星的內能,使得中子星溫度急劇升高。

中子星是天文學上的極端天體之一,新形成的中子星,核心溫度超過100億度,中心壓力高達10^28個大氣壓,密度高達每立厘米數億噸,自轉速度也非常快。

中子星一般是10~30倍太陽質量的大質量恆星,在演化末期通過超新星爆發形成;比如公元1054年,我國宋朝天官記錄的SN 1054超新星爆發事件,就形成了如今的蟹狀星雲。

直到上世紀四十年代,天文學家發現蟹狀星雲區域,有著非常強的射線源,後來被證實為一顆高速旋轉的中子星,直徑大約30公里,每秒鐘自轉30圈。

之所以中子星的條件如此極端,和中子星的物質形態,以及形成原理有關;大質量恆星在演化末期,會通過超新星爆發的形式結束生命,超新星爆發時,會把恆星外層物質拋灑向四周,瞬間釋放的能量,比太陽在主序星時期110億年內釋放的總能量還高。

外層物質的散開,必定對核心物質產生向內的壓力,使得原恆星內核坍縮,半徑瞬間縮小百萬倍,如果內核質量在1.4~3倍太陽質量之間,內核就會形成中子星,高於該質量將形成夸克星或者黑洞。

然後原恆星內核的部分勢能,以及爆炸釋放的部分能量,將轉化為中子星的內能,使得中子星溫度急劇升高,據估計,新形成的中子星核心溫度超過100億度;中子星還將繼承原恆星的大部分角動量,由於半徑縮小了很多,所以中子星的自轉速度一般都很快。

一旦中子星形成,由於極高的溫度和自轉速度,中子星會向外輻射能量,其輻射功率超過太陽輻射功率的100萬倍;最終中子星溫度逐漸降低,自轉速度逐漸減慢,這是一個相當漫長的過程。

需要經過數百億年的時間,中子星表面溫度才會降低到100萬度以下,最後形成黑中子星;由於宇宙年齡只有138億年,所以目前宇宙中,還沒有黑中子星的存在。

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