宇宙中密度最大的物体，直径只有10公里，却比地球还重

　　笔者 东邪
　　学过中学物理的朋友应该知道质量和密度以及体积的关系，一个物体的质量等于它的密度乘以体积，因此密度和体积都可以影响物体的质量。两样相同重量的物体，它们的体积可能不同，比如一千克的铜在体积上要比一千克的水要小，因为铜的密度要比水大。在地球上，金属的密度普遍都比较大，例如铜的密度达到每立方厘米8.94克，金的密度是19.32克。
　　那么地球上密度最大的物质是什么呢？答案还是金属物质，它就是密度达到每立方厘米22.59克的锇，而水的密度才达到每立方厘米1克，也就是说在同样的体积下，锇的重量比水重22.59倍。虽然锇是地球上密度最高的物质，但它并非宇宙中密度最高的物质。地球只是茫茫宇宙中的一颗行星，银河系内还存在其他人类尚未接触过的极高密度物质。
　　那么宇宙中密度最大的物体是什么？答案是中子星。中子星是什么样的天体？什么天体会演化成中子星呢？
　　什么是中子星？
　　中子星的发现还要从中子的发现开始说起，1932年查德威克发现中子，之后苏联物理学家朗道提出宇宙中存在一种特殊天体，它完全由中子组成，虽然朗道只是在理论上提出了中子星存在的假设，但他是一个提出中子星概念的科学家。1934年，科学家巴德和兹维基在《物理评论》上发表文章，指出某类特殊的恒星爆发后可以演化成中子星。
　　1939年，物理学家奥本海默和沃尔科夫通过定量计算建立起第一套中子星模型，并且发现当老年恒星的质量超过太阳质量10倍时，它最终的结局有可能就是中子星。中子星最终的确定是在1967年，天文学家偶然从宇宙中接收到一种奇怪的电波，该电波每隔1~2秒左右就出现一次，就像人的脉搏一样，这让天文学界为之震惊。
　　到了1974年，英国科学家修伊士弄清楚了这种奇怪电波的来源，发现它们是一种天体发出的信号，并将该天体命名为脉冲星，他也因此发现获得了当年的诺贝尔奖。从此中子星从理论走向了现实，后来各国科学家都在努力探索宇宙中的中子星，至今已经发现了超过1000颗中子星。
　　根据百科资料显示，黑洞是宇宙中密度最大的星体，中子星次之。这两类天体的前身都是恒星，超大质量恒星演化到末期后发生了重力崩溃，进而引发超新星爆炸，最后演化成黑洞或中子星。2007年，欧洲天文学家利用伽马射线天文望远镜发现了目前旋转速度最快的中子星，它每秒钟可以绕着自转轴旋转1122圈，这推翻了之前科学界提出的＂天体转速极限是700圈＂的结论。
　　中子星除了具有极高的密度之外，它的表面温度和中心温度也非常高。探测数据显示，中子星的表面温度高达100万摄氏度，中心温度高达1500万摄氏度。
　　中子星有哪些特点？
　　中子星第一大特点：拥有极高的密度。目前已经发现的中子星里，大多数星体的体积并不大，但质量非常大，原因就是它们的密度很高。目前研究发现，中子星的密度高达每立方厘米1亿吨以上，这是什么概念呢？一颗中子星的直径可能只有10公里左右，但它的质量已经超过地球的质量。
　　一立方厘米相当于一个人的一个手指头大小，这种体积的中子星质量就达到几十亿吨。如果把一个手指头大小的中子星放在一辆重型卡车上，这辆卡车瞬间就会被压垮。如果拿地球的密度进行比较的话，地球需要在保持质量不变的情况下将体积缩小到直径只有40米才能赶得上中子星的密度。
　　中子星的第二大特点是转速极高。前面讲到了中子星绕轴线旋转的速度可以达到每秒钟上千圈，这种自转速度是地球自转速度的1亿倍。为什么中子星的旋转速度如此快呢？科学家通过研究发现，中子星保留了母恒星大部分的角动量，但是半径只是母恒星极小量，因此转动惯量的减少导致了转速的增加。
　　中子星的第三个特点是高强度的能量辐射。百科资料显示，中子星的能量辐射是太阳的100万倍，大约是3.826*10的32次方。中子星一秒钟辐射出去的能量相当于人类几十万年的用电量，这种能量辐射庞大到颠覆人类的认知。中子星在释放出高能辐射的同时也产生了极强的引力，这种引力也仅次于黑洞的引力。
　　哪些天体最终会变成中子星？
　　虽然中子星的前身是恒星，但并非所有的恒星最终都能演化成中子星，大多数恒星最终只能演化成白矮星，少数恒星可以演化成中子星或黑洞，这与它们的质量有关。恒星的演化和人类生命演化历程一样，会经历青年、中年和老年三个阶段。青年时期的恒星以稳定的光度在不断发光发热，它的体积和温度不会发生明显的波动，因此这个时期的恒星称为主序星。
　　当恒星内部的氢因为核聚变反应而被消耗殆尽后，恒星随即进入中年期。中年期的恒星会经历多次收缩膨胀，因此它的光度也会发生周期性变化，到了中年末期其体积会不断膨胀，最后变成红巨星或红超巨星。演变成红巨星或红超巨星是恒星进入老年期的标志，这个时候恒星的表面积不断扩大，整个恒星的光度也达到峰值。
　　老年期过后恒星将迎来恒星时期的终结，其内部由于将核燃料消耗完了，引力发生急剧收缩，从而导致引力坍缩。大质量恒星和超大质量恒星会发生超新星爆发，然后演化成中子星或黑洞。而小质量恒星和中质量恒星则演变成白矮星。宇宙中大多数恒星最终都只能演化成白矮星，因为它们的质量比太阳还要小。
　　那么太阳最终会演化成中子星吗？答案是不能的，因为太阳的质量还达不到要求。根据质量分类要求，大于0.08倍太阳质量，小于太阳质量的恒星将演变成红矮星；大于太阳质量但小于8倍太阳质量的恒星将演变成白矮星。只有大约8倍太阳质量的恒星才有机会演变成中子星。由此可见，太阳是没有机会演变成中子星的。
　　人类已经在宇宙中发现了哪些中子星？
　　2007年，欧洲科学家发现了目前为止旋转速度最快的中子星，并将其编号为J1739-285。J1739-285每秒钟旋转1122圈，而之前科学家们认为中子星的旋转速度极限是每秒钟700圈，因为超过这个极限的天体在理论上会被强大的向心力摧毁，或演化成黑洞。然而之后科学家发现了旋转速度达到每秒钟716圈的天体，J1739-285的出现再一次刷新了这个纪录。
　　实际上西班牙天文学家库克勒早在1999年的时候就发现了J1739-285，但当时无法确定它的转速，因此他的发现并没有得到广泛的认同。到了2010年，英国《每日邮报》报道，天文学家发现了目前为止宇宙中最大的中子星，并将其编号为＂PSR J1614-223＂。根据报道，这颗中子星的质量是太阳的两倍，但直径相当于地面的一个小城市，这说明它拥有极高的密度。
　　中子星和脉冲星有什么区别？
　　人类第一次发现中子星是在1967年，剑桥大学卡文迪许实验室的安东尼·修伊士教授的研究生乔斯林·贝尔在检测射电望远镜信号时发现了一些有规律的脉冲信号，并且发现它们的周期十分稳定。在接下来半年的时间里，天文学界又陆续发现了多颗能发出这种信号的天体，并将其定义为脉冲星。
　　到此你可能认为脉冲星和中子星是同一种天体的两个名字，但其实不然，因为所有的脉冲星都是高速自转的中子星，但并非所有的中子星都是脉冲星。简而言之，脉冲星是中子星的分支，有些中子星无法发出脉冲信号，因此这类中子星就不是脉冲星。所有中子星都具有强磁场，因此运动时带电粒子会发出同步辐射，和中子星一起转动的辐射就是射电波束。
　　当射电波束扫过地球时，地面检测设备就能接收到一个脉冲，这就是脉冲星。如果中子星释放出的辐射无法与其同步旋转，那么它就不是形成稳定周期的脉冲星。脉冲星能够持续发出无线电脉冲，而且两个脉冲之间的间隔十分稳定，准确度甚至可以和原子钟相提并论。目前科学家还无法弄明白为什么脉冲星能够发射出周期如此稳定的信号。
　　在人类的认知中，黑洞是宇宙中最可怕的天体，一是因为它反射任何光线，因此人类无法通过肉眼观测到它，二是因为它具有最强的吸引力。实际上中子星的可怕程度仅次于黑洞，如果说黑洞是隐藏的坑，那么中子星就是明显的坑。