中子星|中子星相撞会产生宇宙最强天体？科学家给出猜想_天文|黑洞|科技

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从理论上来说，形成一个恒星质量的黑洞是比较容易的。只需要等待一颗大恒星寿命终结，然后它的核在自重作用下坍塌。若该核的质量大于2至3倍太阳质量，则它将成为黑洞；若小于2.2倍太阳质量，则形成中子星；若小于1.4倍太阳质量，将成为白矮星。
两个中子星的碰撞也可能形成黑洞。如果这两颗发生碰撞的中子星进行合并，合并后的对象能够超出临界限制，则可能产生一个黑洞。但是这个限制是什么呢？《物理学评论快报》里的一项新研究着手研究了这个问题。该小组对中子星的合并进行了几次计算机模拟，发现这个临界极限，不仅与两颗恒星总质量有关，还取决于中子星的内部结构，对于后者我们仍未完全了解。

中子星中夸克核心的说明。来源：CSC-IT科学技术中心JyrkiHokkanen
中子星的内部取决于核物质的状态方程，该方程描述了例如物质的坚硬程度以及其传导热量的能力等特性。此外，还提出了几个状态方程，每个状态方程的性质略有不同，因此该团队使用一系列状态方程模拟了合并。

他们发现，如果中子星的内部比较有弹性或者“柔软”一些，那么即使是小中子星的合并也能产生黑洞。但是，如果内部较硬，则不能塌陷并形成黑洞。反之，这种合并将会产生一个相对较大，而且能够快速旋转的中子星，该中子星可以抵抗引力坍塌。确定结果的一个关键因素是两个核在碰撞过程中是否分裂成了夸克。

LIGO-Virgo发现了中子星合并。图片来源：西北大学LIGO-Virgo / FrankElavsky
这项研究对我们理解中子星和黑洞至关重要。 2017年，引力波观测站LIGO和Virgo探测到了两颗中子星的合并，尽管他们无法分辨合并的结果是产生了黑洞还是一颗更大的中子星。物换星移，人们势必会观测到更多类似的合并，并最终确定创造黑洞的临界极限。结合这项新研究，我们应该能够找到对中子星内部进行准确描述的状态方程。

【中子星|中子星相撞会产生宇宙最强天体？科学家给出猜想】相关知识
中子星是一颗巨大的超巨星的坍缩核心，总质量介于10到25个太阳质量之间，如果其富含金属，质量还可能更大。 [1]中子星是除黑洞和假想的白洞、夸克恒星和奇异恒星外，体积最小但密度最大的恒星天体。 [2]中子星的半径约为10公里(6.2英里) ，约为太阳质量的1.4倍。它们是由大质量恒星的超新星爆炸和引力坍缩共同作用产生的，其核心被压缩超过了白矮星密度，达到原子核的密度。

中子星一旦形成便不再主动产生热量，会随着时间推移冷却下来；然而，它们仍可能通过碰撞或积聚进一步变化。这些天体的大多数基本模型表明，中子星几乎完全由中子组成(没有净电荷，质量略大于质子的亚原子粒子);在中子星的条件下，存在于普通物质中的电子和质子结合起来产生中子。根据泡利不相容原理的描述，中子星因受到中子简并的压力，不会进一步坍缩，就像白矮星受到电子简并压的支持不会发生坍缩一样。

然而中子简并压力本身并不足以支撑一个超过0.7M的物体[4][5] ，排斥核力会在支撑更大质量的中子方面发挥更大的作用。如果残余恒星的质量超过托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限（约2倍的太阳质量），简并压力和核力的结合就不足以支撑中子星，它会继续坍缩形成黑洞。
作者：BRIAN KOBERLEIN
FY：Astronomical volunteer team
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