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第18章 宇宙里的星震现象

观测到的星震现象

星震被看做是中子星外壳的撕裂现象,与地球上发生的地震颇为相似。

1976年11月6日,科学家们观测并记录到火星上发生的一次里氏3级左右的星震。科学家们在经过对火星星震史研究分析后发现,火星星震记录的波形图与地球地震记录的波形图相似,这表明火星地壳的结构及其震波和在其中传播的条件与地球十分相似。

无独有偶,1979年3月5日,一股喷射而出的伽马射线突然袭击了太阳系。天文学家们对它的成因感到困惑不解。1999年,天文学家确定这些星震现象是由来自于中子星的伽马射线和X射线引起的。不过,这些爆裂的原因一直是一个谜。

后来,洛斯阿拉莫斯国家实验室的约翰·米德迪特及其小组发现,对于一种被称为脉冲星的特殊旋转磁中子星来说,下一次发生星震的时间与上一次星震的规模是成比例的。

星震的产生原因

美国科学家邓肯和汤普森经过研究做出了一种猜测性的解释:宇宙中存在着一种被称作“磁星”的新星,其密度极大,而且坚硬的外壳包裹里着一个奇异的液体核。

更重要的是,这颗磁星具有强大的磁场,而磁场的运动又将磁星表面加热,直到达到极大压力导致磁星破裂。

这就是星震,它引发了伽马射线袭击宇宙。

2005年7月,天文学家观测到有史以来记录到的最大规模的星震,一颗中子星“摆动”释放出大量的X射线,研究人员希望通过这次机会能够揭示人们好奇已久的中子星的构成物质问题。

全世界的几颗人造卫星和望远镜观测到了这次来自SGR1806-20表面的爆炸。这颗中子星在距地球50000光年以外的地方,而爆炸喷射出的能量非常巨大,在1/10秒的时间内释放出的能量是太阳在15万年释放能量的总和。结合来自美国宇航局罗斯X射线定时探测器的数据,一组天文学家已经确定了这次星震现象。这次快速的震动开始于星震后3分钟,10分钟后结束,其频率是94.5赫兹。专家称这一频率接近于钢琴的22键的音调,相当于F调。

星震的研究

正如同地质学家利用地震的震波来研究地球内部结构一样,天体物理学家可以利用X射线来研究遥远的中子星结构。这次爆炸就如同用大锤敲击中子星一下,而后中子星就像钟一样产生回响。

在重力的吸引下,中子星上面会形成一个10米至100米厚的堆积层。堆积层主要由氦构成,在温度及压力的作用下,这些堆积层会发生核聚变。

当氦聚变为碳或其他重物质时,会释放出大量能量及强烈的X射线。在中子星上,这种爆发通常每天都会发生几次,每次会持续几秒。当一颗巨大星球的核燃料被耗尽后就会开始坍塌,在它自身重力的作用下,星球核坍塌成一个密度很高的中子星,或者坍塌成一个密度更高的黑洞。

中子星内部的物质结合是如此紧密,以至于电子都被挤进了原子核中,开始同质子反应以形成中子,这种纯中子密度非常高,一汤勺大小的物质就相当于地球上数10亿吨的重量,而同太阳质量差不多的中子星直径大概只有16000米。

中子星的地质构造包括一个坚硬的外壳和一个超流体的内核。但是对其具体的结构并不清楚,例如在核里面是否包括一种被称为奇异夸克的外来粒子呢?而星震却给我们提供了了解的机会。

拓展阅读

中子星,恒星演化到末期,经由重力崩溃发生超新星爆炸之后,可能成为的少数终点之一。简而言之,即质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时坍缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体,其密度比地球上任何物质密度都大很多倍。脉冲星都是中子星,但中子星不一定是脉冲星。

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