中子星——超級重/超級緻密極端的天體。引力超大、磁場超強，溫度超高，非常可怕，它們可以摧毀行星，甚至可以摧毀恆星。雖然它們的質量超大，但他們的體積卻非常非常的小。長期以來它們一直被黑洞槍了風頭，所以一直不為科學家所重視。然而現在，中子已經被推到了非常高的地位，走在了現代天體物理學的前沿。
距離地球1.3億光年，有一個“ngc-4993”的星系，兩顆死星正陷入快速的死亡螺旋。這就像聆聽來自宇宙的聲響，碰撞的聲音會在時空的結構上留下深深的印記。
路易斯安那州利文斯頓雷射干涉儀探測器天文台，簡稱“LiGO”，它的任務就是探測宇宙產生的引力波。
雷射干涉儀探測器天文台（LiGO）
引力波是因為時空扭曲而造成的。通常都是由非常厲害的重力事件造成的，比如超新星爆炸，或者黑洞碰撞，以及大質量恆星等。
2015年因為“LiGO”探測到了引力波而創造了歷史，從而驗證了100多年前愛因斯坦的預言。
這個引力波是黑洞撞擊的標誌，這就好比是我們聽到了車禍的聲音。儘管沒有親眼看見，我們卻明白這個聲音是車禍的聲音，它非常獨特。我們甚至可以電腦精確地模擬計算出相撞的哪種類型的車子。
2017年，“LiGO”接收到了另一種不同的信號。2017年8月發生的事件可謂非同尋常。
探測到了信號，但信號很奇怪，這是一個持久的信號，超過100秒。
不到兩秒鐘后，一架伽馬射線望遠鏡探測到從天空的同一部分發出的伽馬射線閃光。
在那裡，不僅只有引力波，也不僅只有伽馬射線，還有可見光，紅外光及紫外線。
這是科學家們第一次看到這兩個信號同時出現——即引力波和一般光線。
所以這是天文學的一個開創性的時刻。科學家們意識到這不是另一次黑洞碰撞，而是全然不同的事件。
當你看到宇宙中的爆炸時，這種機會並沒有太多。宇宙間可以爆炸的天體沒有幾種。但信號的長度就是確鑿的證據。
如果是兩個黑洞的碰撞，那麼速度會很快，但這次碰撞時間更長、更慢，這是兩個中子星的死亡螺旋。它們沿着螺旋，越來越近，越來越快，最後，它們碰撞在一起。
當它們最終接觸時，向周圍的系統釋放出巨大的能量。碰撞拋出了巨大的物質雲，這可能會使光的速度略微減慢。
光波和引力波傳播了1.3億年，幾乎同時到達地球。這是天文學家第一次看到了中子星的碰撞，他們稱之為“千新星”。
這個壯觀的宇宙事件，不僅僅是釋放能量。這次中子星碰撞的餘波，產生了大量的碎片，炸向太空深處。
這可能最終為我們提供了一個證據，關於一些非常特殊的重元素是在哪裡產生的。通過中子星的毀滅，為生命體提供了基本成分的種子，我們呼吸氧分子——O2。
水是由氫和氧組成，我們的身體大部分是由碳化合物組成的，包括氮，磷等。
人類歷史上的一個重大科學問題就是：“這些元素的起源是什麼?”
事實證明，在許多重元素的產生中，中子星都扮演着關鍵的角色。地球上的大部分元素都是由恆星構成的，但最重的元素是如何形成的，一直是科學史上最久的問題之一。
很長一段時間以來，我們所知製造這些較重的原子一直存在一個問題——比如金和鉑，一直到鈾到底是如何產生的。
由於宇宙中能量最大的東西就是超新星爆炸。所以，科學家們一直認為它們必須以某種方式在超新星中產生。
但是當科學家們進行計算機模擬時，虛擬的超新星並沒有鍛造出這些巨大的原子。
2016年，天文學家埃多·伯傑解釋了這一謎題的潛在答案：形成重元素需要大量的中子，因此，另一種可能的理論是最重的元素是在雙星系統中，由兩顆中子星合併時產生的。
但在當時，還沒有人真正看到過中子星的碰撞。所以也就很難讓天文屆相信這是一個生產重元素的潛在渠道。
證明就是看到這個過程在宇宙中發生了。2017年的千新星提供了完美的機會。它會生成數千小時的數據，科學家們注意到一個規律——千新星殘骸的顏色發生了微妙的變化。
在太空中，當看到一個非常明亮的事件時，它會發出一定量的光，而且它會發出特定波長的光——即我們所認為的顏色。
在煙火表演中，煙花有不同的顏色，表示煙花中使用了不同的化學物質。同樣的，科學家可以通過爆炸中的顏色來發現千新星中的元素。
當千新星變紅時，他們意識到這是新創造的重元素開始吸收藍光的結果。
隨着爆炸改變了顏色，然後膨脹和冷卻——科學家們可以估量出產生了什麼元素。碎片發出的光從藍色和紫色轉變為紅色和紅外線。顏色的變化為某些重金屬的存在提供了確切的證據
這個中子星碰撞，即千新星，產生的亮度和顏色光譜與預測產生金和白金的模型是完全一致的。
這個模型被稱為“r過程”，是“快中子俘獲”的簡稱。這是一個有點複雜的術語，用來描述如何產生比鐵重的原子。
首先需要一個非常富含中子的環境，而中子星碰撞就是一個富含中子的環境。如果模型是正確的——這次千新星的碰撞產生了地球質量的幾十倍的黃金。
2017年的千新星不僅揭示了關鍵元素的起源，它還揭示了中子星的內部——宇宙中最強的物質產生的磁場是地球磁場的萬億倍。
這一巨大的千新星爆炸也為科學家們提供了一個獨特的視角來了解宇宙中最神秘的物體之一。
在這之前，想知道中子星是什麼樣子，這真的是挑戰了科學家們的想象力，也挑戰了理論物理學。科學家們需要用計算機模型，用數學來估算這可能是什麼樣的。
而現在，科學家們不需要依靠他們的想象力，他們可以利用來自千新星的硬數據來研究中子星運行的機制。
現在，科學家們第一次對中子星的質量和直徑有了準確的估計。科學家們終於可以開始拼湊出中子星是如何工作的了。
他們計算出它的直徑只有20公里。確定這個物理特徵是非常重要的， 因為如果知道半徑有多大，然後根據這個半徑和知道的質量，就可以得到密度。知道了總體密度，就能開始弄清楚中子星內部的分層是什麼樣的。
對於物理學家來說，中子星內部是宇宙中最吸引人的地方之一。要知道中子星內部的條件和地球上的條件是非常非常不一樣的。中子星上的物質，是密度大到連原子核都無法凝聚在一起的物質。
就好比是把太陽還重的東西壓縮成比城市還小的東西。它的密度非常大，如果把一塊中子星的物質放在地面上它會穿過地球。高密度意味着高引力——是地球引力的2000億倍！
如果你站在中子星，你會立刻被壓扁，然後在那個平面上展開。
除了強引力之外，還有強大的磁場、令人生畏的x射線輻射，還有比閃電強3000萬倍的電場，以及高能粒子暴風雪。
對於太空旅行者來說，這裡可不是個好地方。如果你發現自己在中子星附近，那將是個壞消息。
首先，你會被強大的磁場給撕裂。然後，x射線輻射會把你炸成碎片，當它把你拉得更近的時候，它強烈的引力會把你的原子和分子拉伸成一條細長的流。你的速度會越來越快，最後，你會撞到中子星表面，濺得到處都是。
這個過程釋放的能量，相當於一枚核彈。
在宇宙的尺度上，中子星可能很小，但它們帶來衝擊肯定卻是巨大的。這些被壓抑的能量的秘密在於它們的表面之下發生了什麼。
【中子星虛擬之旅】
有了新的千新星數據，科學家們現在可以進行一場虛擬之旅。
首先，我們穿過中子星的大氣層，它不會像地球的大氣層那樣高達1000公里以上，而只有十幾個厘米。和我們周圍的空氣相比，它的密度非常大。
在壓縮的大氣下面是一層電離鐵的外殼，一種晶體鐵核和自由流動的鐵電子的混合物。
由於引力非常大，以至於它幾乎是完美的光滑。表面上最高的山脈將不到四分之一英寸高。
中子星表面想象圖
四分之一英寸的山脈可能聽起來很奇怪。但當我們深入到表面之下，事情會變得更加奇怪，因為這裡是宇宙中最強物質的家園。
科學家們把它比作核面，當我們深入到中子星的星殼下時，中子本身開始粘合在一起，形成奇異的形狀。
首先，它們會形成一團一團的東西，看起來像意大利糰子，然後，更深一點，意大利麵條會自己粘在一起，形成一長串看起來像意大利細麵條的東西。
“意大利糰子”
“意大利麵”
再往深處，意大利麵會融合在一起，形成千層面。
最後，千層面融合在一起，成為一個均勻的物體。但上面有洞，看起來像通心粉。
“通心粉”
這是核意大利麵，在超過100萬華氏度的溫度下，慢慢煨制面成。
極端的引力會彎曲、擠壓和拉伸並扣住中子，從而產生一種比鐵密度大10萬億倍的物質。
但這段旅程會變得更加極端，越往深處，則更加神秘，更加難以理解。
中子星的核心——它離這些科學家們稱之為“核意大利麵”的層很遠——它可能是最奇異的物質形式。
這個奇特的物質，它可能是在完全引力坍縮成黑洞之前的最後的堡壘。
來自美國宇航局錢德拉天文台的數據表明，它的核心是由一種超級流體組成的——一種奇異的無摩擦狀態物質。
中子星核心的超級流體
實驗室生產的類似超流體，表現出奇怪的特性。比如向上流動和逃離密閉容器的能力。
雖然科學家們對這顆星球的內部結構了解還很模糊，但對於它耀眼的誕生卻並不神秘。
大質量恆星在爆炸中死亡然後產生中子星——一個曼哈頓大小，但質量是太陽的兩倍的密度非常大的天體。一茶匙的物質就重達十億噸。
中子星在母星死亡的過程中迸發出生命的火花，它們是關於復活的終極故事，或者說涅盤重生的終極故事。
【中子星形成過程】
恆星誕生於巨大的極冷氣體雲中，這些雲在自身重力作用下坍塌。坍塌中心的核心密度開始增加。恆星是一個巨大的核聚變反應堆，它的引力是如此強大以至於它將原子聚合在一起，形成越來越重的元素。
恆星將氫聚變成氦，一旦它耗盡了它的氫，如果它的質量足夠大，它就可以在它的核心開始用氦進行聚變。如此聚變持續下去，形成碳，氧，氮等，一直到鐵。
看過筆者以往的科普文的讀者，一定知道，鐵就是大質量恆星的“毒藥”。一旦一顆恆星的核心有了鐵，鐵就會熄滅恆星核心的核反應，就不會再產生能量。
突然之間，沒有任何能量可以支撐引力的擠壓。沒有輻射壓力向外推，意味着沒有壓力阻止外部區域下沉，這就是形成超新星前的狀態。
隨着恆星在垂死掙扎中坍縮，它的核心變成了整個宇宙中最狂野最瘋狂、最怪異的高壓鍋。
如果我們把原子核放大到一個棒球大小，那麼在一個普通的原子里，最近的電子可能在一百多米遠的地方。
在導致中子星形成的極端條件下，這些電子可以被推到離原子核更近的地方。如果溫度和壓強足夠高，它們甚至可以撞擊原子核，並進入原子核，它們還可以撞擊質子。
當它們這樣做的時候，它們會轉化成更多的中子。所以，在這些物體的形成過程中，質子和電子消失了，剩下的幾乎是完全純的中子。
沒有任何東西能阻止它們擠在一起。一旦用中子填滿整個原子核，就會產生難以置信的高密度。隨着電子的海洋被原子核吸收，恆星中的物質現在可以壓得更緊，這就像把三億噸的物質擠進一塊方糖里。
隨着恆星的坍縮，大量的氣體向核心墜落，核心的體積很小，但質量卻很大，數十億噸的氣體從星球身上彈回，然後爆發成宇宙中最大的煙花表演——超新星。
它非常巨大，非常明亮，也非常壯觀。超新星是宇宙中發生的最劇烈的事件之一。
一顆恆星死亡時爆發出的光亮，能比整個星系都亮。在這場大災難中產生了一個新的，非常奇怪的宇宙天體——中子星。
它是整個宇宙中最真實、最迷人最令人難以置信的怪物之一。
人類已經見證超新星幾千年了，但科學家們現在才剛剛開始了解中子星的誕生。
雖然超新星又大又亮，但中子星很小，許多甚至不發光。
那麼，宇宙中有多少顆中子星呢？科學家們現在所知的銀河系中大約有2000顆中子星。
但可能還有很多很多，科學家們估計僅在銀河系中就有幾千萬顆，在整個宇宙中肯定有幾十億。
中子星雖然很小，但有些中子星會暴露自己，發射能穿過宇宙的光束——精確無誤差的，宇宙燈塔的脈衝頻閃。
【中子星的發現】
以前科學家們一直沒有探測到過中子星，但50年前一次幸運的發現，科學家們才知道它們的存在。
那天，劍橋大學穆拉德無線電天文台研究生喬斯林貝爾，操作新的射電望遠鏡掃描着天空，做各種各樣很酷的天文學研究。
然後在數據中看到了“一些無用的東西”。這個數據是一個短暫但不斷重複的輻射爆發，來自地球1000光年之外。
它非常穩定和有規律，以至於貝爾確信她的望遠鏡有問題。她回到那個地方再次發現一個重複的、有規律的信號——天空中有一個點不停地向我們閃爍。似乎在說著“嗨 嗨 嗨”。
在這之前，科學家們所知的宇宙中沒有任何東西，有如此穩定，完美的時間間隔和脈衝。它看起來如此完美，似乎是人造的。但事實證明，這不是人造的，而是一個東西。
她的發現被稱為“脈衝星”。脈衝星是一種快速旋轉的中子星。
中子星的理論在20世紀30年代就提出了。當時人們認為中子星太微弱，無法探測到。
中子星被假設存在，但卻沒有被認真對待。這種東西聽起來似乎是科幻小說。
在天文學上從來沒有人見過這種現象，有些人甚至猜測這是外星人的信號。貝爾甚至稱它們為“LGM物體”——即“小綠人”。後來“小綠人”這個稱呼一度成為“外星人”的代名詞。
貝爾後來發現了第二個信號，於是小綠人又回到了小說里，脈衝星變成了科學事實。
脈衝星的發現出乎意料，所以，這是一個驚人的突破。
脈衝星會發脈衝是因為它們生來就會旋轉，它們在超新星爆發時，隨着母星的坍縮而爆發。
任何正在經歷壓縮事件的物體，如果它有任何初始角動量，它最終就會旋轉。
當恆星縮小時，它旋轉得越來越快。它們之所以旋轉得這樣快，是因為一顆與地球大小相當的大質量恆星的內核坍縮成了一座城市大小。所以，由於物體的尺寸變得非常小，自旋的速度必定大大增加。
這個過程就好比是花樣滑冰運動員在冰上旋轉。當運動員把手臂收攏時，旋轉速度就會加快。中子星的快速旋轉同樣是這樣的原因。
中子星的自轉速度非常非常快，它們的表面也移動得非常快。在某些情況下，它的運動速度大約是光速的20%！
當它們旋轉時，會產生閃爍的能量束，這束光就像燈塔的光束。你會看到這些每秒多次的周期性閃爍，它們是脈衝星的名片。
它們是由中子星內部的元素混亂所產生的。雖然這顆星球主要是一個中子球，但它的星殼上散布着質子和電子。每秒旋轉數百次，就會產生了令人難以置信的磁場。
有了這個強磁場，就可以產生強電場，電場和磁場可以相互作用，最終變成輻射。
這些中子星會發射噴射流——輻射束，從他們旋轉的軸噴射而出。
如果它們的旋轉軸不對齊，如果它們的軸有點傾斜，這個光束就會在宇宙中形成圓圈。
如果我們在這些圓圈的路徑上，我們會看到一道閃光……一道閃光。
就像你在一艘船上，在霧蒙蒙的夜晚觀察一個遙遠的燈塔一樣。
所以我們可以看到穿越廣闊的空間的脈衝星，因為它們是非常強大的光束。
但有時，脈衝星會得到額外的推力，從而使自旋更加快速。讓它轉得更快的方法是，向它傾倒更多的物質。
這叫做“增生”，這樣會使它旋轉得比原來更快。就像恆星吸血鬼一樣，脈衝星隨時會從任何離得太近的物體中吸走物質。
引力把物質帶進來，這意味着它的任何旋轉都會被加速，它會轉得越來越快。一些毫秒脈衝星以每秒700轉的速度旋轉。它們是終極“廚房攪拌機”——它們會剁，會切，甚至會把物質“炸成絲”。
那麼，是什麼阻止中子星將自己撕裂呢？
中子星是難以置信的奇異天體，巨大的力量將它們結合在一起。因此，即使在如此驚人的高速旋轉下，它們也能保持剛性。它們有難以置信的強大引力，這就是為什麼即使它們旋轉得非常快它們也能牢牢地保持在一起。
旋轉的速度是很難想象的！在地球上，一天是24小時，在中子星上，它的長度是700分之一秒。
超速的脈衝星並不是科學家們關注的唯一一種奇怪的中子星。
【磁星】
還有一種中子星，它擁有宇宙中最強的磁場。
這個磁性怪物被稱為“磁星”。監測脈衝中子星的天文學家發現了一個非常奇怪的現象，在極少數情況下，它們會突然加速。
這是非常驚人的，一個非常緻密的物體，突然它旋轉得更快了！它發生在一瞬間，它們會突然改變頻率。這需要非常巨大的能量才能做到。
那是什麼能量呢？
這種速度的突然變化被稱為“自轉突快”。造成這些自轉突快的一個主要原因是核心物質附着在星殼上，這影響了它旋轉的方式。
星殼下過量的物質會使它裂開並造成自轉突快。這一過程釋放出大量的輻射。即x射線爆，導致中子星的表面重新排列，並使其旋轉速度發生變化。
但還有另一種可能的解釋：星震也可能引起自轉突快。
有時星殼會破裂，任何能改變脈衝星幾何形狀的東西，都能改變它的旋轉速率。
那麼，是什麼力量能強大到足以引發這些星震呢？
對於中子星來說，如果有一種力量能做到，那就是磁力。
恆星內部的極端磁場會扭曲到足以撕裂星殼。因此，星球表面可以自我重組並不斷重塑中子星表面的微小重構。大約幾毫米就會釋放出巨大的能量。中子星巨大的引力，幾乎在瞬間就會使其表面變得平滑，就好像故障從沒發生過一樣。
對於中子星來說，磁場的混亂是無止境的。
宇宙中“最強磁場”比賽的衛冕冠軍就是磁星。
在超新星爆發期間形成的中子星中，有十分之一會變成磁星。
關於磁星，正如它們的名字所暗示的那樣——它們有着非常強大的磁場。
即使是習慣使用大數字的人，比如說，天文學家，仍然對這些東西充滿敬畏。
磁星的磁場比地球強1000萬億倍。
這麼大的磁力，會嚴重擾亂任何接近它的東西。任何我們熟悉的正常物體如果它接近磁星，它就會被撕碎。任何運動的帶電粒子，都會從原子中分離出來。
不過，科學家們認為磁星只能是短暫的。它們的磁場是如此強大，以至於它應該在非常短的時間尺度上衰減。
只有幾萬年的量級，似乎正是它們的力量導致了它們的衰敗。
磁星的磁場非常強，它會吸收周圍的物質，並使其加速。然而，強磁場就像是個累贅，拖慢了它的速度。
所以，隨着時間的推移，中子星的自轉變慢，磁場也逐漸消失。在它們的生命中，磁星的運作方式與脈衝星非常不同。它們沒有光束，它們的磁場會發出巨大的高強度輻射。
但最近，天文學家發現了一顆難以歸類的中子星。它的行為就像是個雙重人格。
這顆中子星是個很奇怪的例子，它既像一顆射電脈衝星，又像一顆強磁化的磁星。它有極強的磁場，有磁場爆發，但它也有強烈的輻射，從它的兩極噴射出來。
2000年首次被發現時，這顆星球正在發射無線電波，典型的脈衝星的行為。16年後，它停止了脈衝，突然開始發射大量的x射線——這明顯是磁星的活動。
科學家們感到困惑，不知道這是脈衝星轉變成磁星，還是磁星轉變成脈衝星。
有一種理論認為，這些x射線爆發的發生，是因為恆星的磁場突然扭曲。由於壓力太大，星球裂開了，從破裂的星殼中釋放出x射線。
中子星是我們所知的宇宙中，密度最大的物體之一。然而，科學家們已經看到了一些東西讓它移動和分裂。這顆中子星在磁場的作用下正在撕裂自己。
如果是這樣的話，平靜的中子星就會變成狂暴的磁星。
當你思考一個人的生命周期時，隨着年齡的增長，我們似乎會放慢腳步，變得更冷靜一些。然而，這個中子星則相反，它可以比剛形成時旋轉得更快。
磁場可以隨着時間的推移變得更強，這是一種逆老化過程。
【中子星未來可期】
但這些奇怪的變化極其罕見，大多數脈衝星都像鐘錶一樣有規律。所以我們可以直接將手錶設置為他們脈衝的計時。
正是這種穩定性，我們可以在未來的宇宙探索中使用它。
如果你是一艘星際飛船的船長，你需要的是一個星系GPS系統。事實證明，中子星可能就是答案。
天文學家經常把旋轉中子星的穩定脈衝比作“脈衝星”，即宇宙燈塔。
這些閃光不僅非常可靠，而且每顆脈衝星都有自己獨特的脈衝光束。每一個都有稍微不同的頻率，每一個都有一個稍微不同的速率。
銀河系中的任何人，無論你在哪裡，都能對這些脈衝星的位置達成一致。
脈衝星的獨特特徵，為未來的太空旅行開闢了有趣的可能性。
我們可以用脈衝星來進行三角定位我們的位置。因為這些脈衝非常精確，我們可以像使用GPS衛星那樣使用它們。
利用脈衝星作為導航工具，並不是一個新想法。早在1970年代就被美國國家航空局（簡稱NASA）所使用了。
在旅行者號航天器表面，有一張金唱片。在那張唱片的唱片上，印刷的是一個脈衝星地圖。原則上可以告訴一個先進的外星文明如何找到地球。
因為它使用地球的位置是相對於已知的14顆脈衝星。作為一種有效的三角測量方法，我們的行星的位置就是相對於所有這些脈衝星的位置。
旅行者號上的金唱片
外星人還沒有和我們取得聯繫，但NASA已經在使用脈衝星圖了。
NASA最近發射了一顆衛星，名為“更好的六分儀”。放置於國際空間站上，用來測試這類理論。
他們利用脈衝星來確定一個以每小時17000英里的速度，繞地球運行的物體的位置。他們能夠將其定位在3英里以內。
這是非常難以置信的，未來的太空任務可以在宇宙中導航，中子星將帶領我們踏上不可思議的旅程。
在未來，如果你身處地球的幾百光年之外，中子星可以告訴我們，我們在銀河系的位置。
中子星，它們曾經被視為天文學上的怪物而被忽視，而現在已經有了很大的發展。關於中子星，真正令人興奮的是，科學家們現在才剛剛開始研究它們，但已經學到了很多。當然，中子星還有很多要研究的。
從不起眼的中子中產生出最強大的能量，最迅速的旋轉、最強的磁場。這讓筆者想起了“鳳凰涅槃”，中子星就如鳳凰一般，從自己的灰燼中重生。
隨着大質量恆星的死亡，故事並沒有結束，更美麗更迷人的東西出現了。所以中子星是宇宙中最迷人的物理物質天體。
另外，關於旅行者號上的金唱片，有些讀者可能會擔心外星人找到這個金唱片並以此找到我們地球，並會最終會引發一系列的星際戰爭。
筆者認為，無需擔心此事。因為，如果外星人的確存在，與其在茫茫宇宙中找到這個非常非常不起眼的，非常難於發現的小小航天器，還不如直接找到發光發亮的太陽，並進而找到我們的地球來得更簡單些。