中子星到底有多可怕?把一小块中子星物质放在地球上,会发生什么
当宇宙中那些质量巨大的恒星“寿终正寝”之时,通常会发生威力巨大的“超新星爆发”,在短时间内,其亮度甚至可以与像银河系这样的星系媲美,堪称是宇宙中最绚丽的烟火,而中子星就是诞生于这样的“烟火”之中,它们其实就是恒星在发生“超新星爆发”之后残留的致密核心。
对于我们地球人而言,中子星无疑是一种令人生畏的天体,为了更具体地了解中子星到底有多可怕,我们不妨来假设一下,若把一小块中子星物质放在地球上,看看会发生什么。
中子星最引人注目的特点就是它们的密度,根据科学家的估算,中子星的密度最大可以达到20亿吨/立方厘米,最小也有8000万吨/立方厘米。
为方便讨论,我们可以将“一小块中子星物质”定义为一个长、宽、高均为1厘米的立方体,至于其密度,则可以取一个中间值,即10亿吨/立方厘米。
可以想象的是,若将这样一块中子星物质放在地球上,那就相当于将一个10忆吨的物体压在一平方厘米的面积上,很明显,如此巨大的压强,地球上根本没有任何物质能够抵挡,在这样的情况下,这块中子星物质就会几乎不受阻挡地往地心坠落。
不过这块中子星物质并不会坠落到地心去,这是因为中子星物质的密度需要中子星本身巨大的引力来维持,而与中子星相比,地球的引力根本就不值一提,所以在地球上,这块中子星物质的体积就会急剧膨胀,进而引发一场规模不小的爆炸。然而这场爆炸却并不是最终的结局,而仅仅是一个开始。
顾名思义,中子星就是主要由中子构成的天体,所以当这块中子星物质急剧膨胀之后,中子就脱离了束缚,进而转变成了一大堆自由中子,而自由中子是很不稳定的,它们在短时间内就会发生β衰变,进而释放出巨大的能量,具体有多大能量呢?这是可以计算的。
当一个中子发生β衰变时,会释放出一个电子和一个反电子中微子,同时其自身会转变成一个质子,已知中子、质子、电子的质量分别约为1.6745乘以10的负27次方千克、1.6726乘以10的负27次方千克、9.10956乘以10的负31次方千克,据此可以计算出,中子会在衰变过程中损失大约0.15%的质量。
考虑到中子衰变后产生的质子和电子,会与自由中子重新结合,生成像氘、氦这样的原子,所以这里我们不妨简略地认为,在这块重达10亿吨的中子星物质转变成一大堆自由中子之后,只会有50%的自由中子发生衰变,据此我们就可以计算出,整个过程会出现7500万千克的质量损失。
这些损失的质量哪里去了呢?答案就是:变成了能量。我们将7500万千克代入爱因斯坦给出的质能方程(E=mc^2),就可以计算出,这一小块中子星物质在衰变之后,释放出的总能量约为6.75乘以10的24次方焦耳。可能大家对这种级别的能量释放没有什么具体概念,所以这里我们不妨用一个具体的例子来对比一下。
在大约6600万年前,地球上曾经发生过一次生物大灭绝事件(即“白垩纪-古近纪灭绝事件”),此次事件直接造成了在地球上称霸了1亿多年的恐龙的灭绝,科学界普遍认为,造成此次事件的原因,就是一颗直径约为10公里的小行星撞击了地球,而根据科学家的估算,当这颗小行星撞击地球时,其释放的总能量大约为3.4乘以10的23次方焦耳。
也就是说,若把一小块中子星物质放在地球上,那么它在地球上释放的总能量,大概是6600万年前的那颗小行星的20倍!这确实是相当可怕,可以想象的是,如果这样的事情真的发生了,那生活在地球表面的众多生物都很难幸存下来,人类也不例外。当然了,这只是存在于我们的想象之中,在真实的宇宙里,这样的事情并不会发生。
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