能劈開光子,降低光速,它的磁場比萬磁王還要強大10億倍!
一、地球上磁場強度的極限
別看萬磁王片酬很高,其實他產生的磁場並不算高。
根據物理定律,他的磁場再高也不會超過地磁場的 100 萬倍。
這是因為,如果萬磁王的磁場強度超過了地球磁場的 100 萬倍,磁場產生的拉力就會超過萬磁王能承受的極限,把萬磁王撕成碎片。到那時候,萬磁王自己就會變成
所以,在地球上,4.5×10? 高斯是磁場強度的極限。要想讓磁場超過這個極限,我們就得把目光投向宇宙深處。
二、超越萬磁王10億倍
天文學家認為,在宇宙深處,有一種天體能夠產生1012~101? 高斯的強大磁場,(最強時)比萬磁王還要強大 10 億倍,叫作磁星(Magnetar)。
這麼強大的磁場,不但超過了地球的極限,甚至也超過了經典力學的極限,進入了量子力學的範圍。根據計算,磁星的磁場可以產生四種神奇的量子力學現象。
三、磁星為什麼不會把自己撕碎?
說到這兒你可能會問了,既然磁星的磁場這麼強大,磁星為什麼不會把自己撕碎呢?這就要說到磁星的本來面目:中子星。
中子是原子核里的一種粒子,它的尺寸比原子小得多。如果把你縮小到中子的大小,你會發現,原子內部其實很空曠,有大量空間可以裝東西。
當一顆巨大的恆星死亡時,它就會在萬有引力的作用下發生塌縮,把原子壓碎,把電子壓進原子核,和質子反應,變成中子,最終形成一顆直徑不超過 20 千米的、不斷高速自轉的中子星。
所以說,磁星就是由一大堆密密麻麻的中子組成的。說白了,磁星本身就是一個巨型「原子核」。
所以,磁星為什麼不會把自己撕碎?因為巨型「原子核」的材料非常堅硬,根本不怕撕。
四 、如何才能看到磁星?
說了這麼多,我們怎樣在哪兒能找到這麼厲害的磁星呢?答案是很難,磁星的形成過程非常劇烈,導致周圍煙霧瀰漫,啥也看不見。
要想看到磁星,看起來似乎只有一個辦法,那就是觀察磁星發出的短伽馬射線暴!
原來,在磁星強大的電場和磁場的作用下,磁星會沿著磁極以亞光速向外噴射大量物質,並發出大量的、穿透力極強的伽馬射線。
原視頻作者:ScienceAtNASA
如果站在地球上看,就像夜空中有人拿激光筆晃了晃地球的眼睛。可惜,磁星的這枚激光筆是一次性的,晃一次就沒有了,而且持續時間不超過2秒鐘。
那麼問題來了,萬一磁星的「激光筆」沒有對準地球呢?根據天文學家的計算,天上的磁星應該有不少,可惜大部分磁星的「激光筆」都不會剛好對準地球。
難道我們真的很難發現它們的蹤跡,只能任由它們在宇宙中飄蕩嗎?
五、激光筆沒對準?還有手電筒!
2019 年 4 月 11 日,中國科學技術大學的薛永泉及鄭學琛,和美國內華達大學張冰,北京大學李曄與紫金山天文台吳雪峰等人在《自然》雜誌發表了一篇論文。
他們宣布,在沒有觀察到任何短伽馬射線暴的情況下,他們在 66 億光年外的一個星系邊緣,發現了一顆大質量毫秒磁星。
那麼,他們是通過什麼辦法發現這顆磁星的呢?答案是,探測磁星發出的 X 射線「手電筒」。
原來,在磁星形成以後,它不但會朝著一個很小的角度發射伽馬射線,還會朝著一個很大的角度發射X射線。
由於磁星X射線的發射範圍很廣,它就比伽馬射線更容易對準地球,從而被天文學家觀測到。
如果站在地球上看,就像夜空中有人拿手電筒照地球的眼睛。
於是,研究團隊在查看錢德拉 X 射線空間望遠鏡的數據時發現,真的有人用這樣的手電筒照過地球的眼睛:
2015 年 3 月,夜空中突然冒出來一個新的 X 射線源(XT2),它一直亮了 7 個小時,然後徹底熄滅。這叫作X 射線暫現源。
最後,在綜合各種觀測數據,並結合各種相關理論模型後,研究團隊指出:這場爆發中的X 射線,全部來自一顆磁星發射的X射線「手電筒」!這顆磁星就位於66億光年外的一個星系的邊緣。
而且,這不是一顆普通的磁星,而是轉動速度很快(每秒幾百圈)大質量磁星——它極有可能是由兩顆高速繞轉的中子星合併後形成的。
(中子星合併過程的模擬動畫,視頻原作者:Stu Shapiro)
這次 XT2 的發現,讓天文學家收穫很大。
首先,它不但證明雙中子星合併能夠產生磁星,同時,它還幫助天文學家更為深入地了解了中子星的內部物質狀態。研究團隊指出,這顆大質量磁星既沒有因為高速自轉而散架,也沒有立刻坍縮成黑洞,一是說明高速自轉產生的離心力幫忙抵抗它自身的強大引力,二是說明它內部的物質足夠硬(從而更善於抵抗自身引力),而且比許多理論模型想像的還要硬!
其次,它證明,即使伽馬射線的「激光筆」沒有對準地球,我們還是可以通過探測 X 射線「手電筒」來探測磁星。這種方法使得天文學家探測磁星變得容易許多!
在未來,天文學家希望通過這種方法,同引力波天線一起,共同探究更多中子星合併過程,進一步揭開神秘磁星的奧秘!
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