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简介：中子星是恒星演化到末期，经重力崩溃后形成的除黑洞以外密度最大的物体。可以通过在太空中观测中子星，观察X射线的发射来推断其半径，从而推断出其内部物质。

一颗恒星在超新星内部死亡，完全就是一次灾难性的事件。它留下一个密度大得难以想象的物体，叫做中子星。但是中子星里面到底是什么样的呢？

图注：艺术创作。在异星上遥望中子星。图源：cosmosmagazine

我们能接触到的一切都是由原子构成的。被称为质子和中子的亚原子粒子构成了原子核，电子围绕着它们运行。但在这个原子能级上，即使是我们世界上密度最大的物质，比如黄金、铅和铀，其结构中也主要是由空旷的空间所占据。

与整个原子的大小相比，它们的原子核非常非常小，测量到电子的轨道。

现在想象一下，使劲儿挤压一块黄金、铀或铅，以至于原子核全都靠近接触到一起了，然后你再来估算剩余的空间。你得到的东西密度惊人，类似于一个巨大的原子核。中子星就是这样的。能够做到这种挤压程度的唯一力量只有重力。

中子星形成于恒星生命末期，此时的恒星不再有足够的燃料来防止自己崩塌。一般来说，核心持续收缩，直到原子核剧烈地融合并相互接触。这时，产生一个反弹，整个核心反冲，并推开外层，这样就产生了一个辉煌耀眼的超新星。剩下的，只有一个快速旋转的煤渣核心—这是除黑洞以外，你能得到的密度最大的东西。它的密度如此之高，一茶匙这种物质，在地球上的重量就会有约10亿吨。

图注：脉冲星的示意图。中间的球体代表中子星，曲线表示磁场线，凸出的圆锥体代表发射区。图源：Wikipedia

物质在如此高的密度下是如何表现的呢？每个原子的原子核是分开的吗？原子会变成一个质子、中子和电子的混合物，相互纠缠、无法区分吗？会更进一步吗？质子和电子会合并在一起，我们最终得到一锅中子吗？它们会变成一大份夸克和胶子组成的汤吗？或者还有别的什么？

图注：正常状态下的原子结构可以做成模型。高密度状态下原子结构的状况不为人知。图源：GettyImages

基本上，核物理界并不知道在这种密度下会发生什么事。这个问题可以归结为一个叫做“f”态的方程，这是一个描述物质在一个基本层面上的性质的术语，它与密度和压力有关。

如果恒星有一个硬核--一个固定的状态方程式--你就会有一个更大的恒星，半径更大。如果你有一个非固定的状态方程式，中子放弃它们的应有状态，形成一份夸克汤，你就会有一个柔软的、粘糊糊的核心和更小的半径。所以，如果我们能测量出恒星的半径，我们就会知道它的内部构成是怎样的。但我们不能直接测量。人们认为这些恒星的半径只在10-15公里之间--相当于一座城市的大小--远远小于哈勃望远镜能够观测并成像的范围。所以测量必须以间接的方式进行。

我们认为，最好的方法是通过观察X射线的辐射来推断半径；要做到这一点，我们必须从太空观察中子星。当中子星像宇宙灯塔一样，把发光的磁极转向我们时，它们会迅速闪光，这就是脉冲星

图注：开普勒超新星残骸SN 1604的多波长X射线、红外线和光学合成图像。图源：美国宇航局

通过精确的测量，我们将能够了解，中子星是如何通过这些脉冲的形状来扭曲时空的。那么涨跌的幅度有多大？有残留的光芒吗？这些特征携带了关于恒星的更多信息，并使我们能够确定几颗中子星的质量和半径，从而推断出其内部的情况。

作者: Tim Trott

FY: 大恐龙龙

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