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天文科普：何为磁星？一起来解开磁星之谜

恒星 磁星


天文科普：何为磁星？一起来解开磁星之谜


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解开磁星之谜
在模拟图中 ， 一些恒星的磁场线会相互缠绕形成一个环形(蓝色) 。 突出并且穿越表面（红色）的磁场线被内部缠绕的环形磁场线固定在一起 ， 并保持稳定 。 这由示意图（右下）和星形切口（右上）说明 。 场在数亿年中缓慢向外漂移 ， 然后会扭曲成网球上的接缝形状（左下） ， 随后从恒星上消失 。

虽然您可能从未想过普通条形磁铁和恒星之间存在的相似性 ， 但天文学家确实想过 ， 并且他们已经弄清楚为什么这两个不同的物体有时会惊人地相似 。许多恒星（例如我们的太阳）上的磁活动在几天、几周和几年内发生很大的变化 。 磁场会在不同地点突然出现和消失 ， 整体强度随时间而变化 。 但是有一些恒星的磁场强大而稳定 ， 拥有与条形磁铁类似的平稳静态磁场 。天文学家称它们为磁星 。
在这些磁星的磁场就像条形磁铁一样 ， 磁场线从南北两极发出 ， 并像完美的南瓜骨架线一样向外循环 ， 将一极连接到另一极 。

磁星是中子星的一种 ， 被认为具有极强的磁场（~109 至 1011 T ， ~1013 至 1015 G） 。 [1
磁场衰减为高能电磁辐射的发射提供动力 ， 尤其是 X 射线和伽马射线 。[2
关于这些物体的理论是由罗伯特·邓肯和克里斯托弗·汤普森于 1992 年提出的 。[3
该理论随后由 Bohdan Paczyński[4
及其提倡者发展起来 。[5
该理论解释了 1979 年 3 月 5 日探测到的来自大麦哲伦星云的伽马射线爆发 ， 以及我们银河系内其他亮度较低的爆发 。 [6
[7
在接下来的十年中 ， 磁星假说被广泛接受 ， 被认为是对软伽玛中继器(SGRs)和异常x射线脉冲星(AXPs)的合理解释 。 在2020 年 ， 研究者们从磁星中检测到快速射电暴 (FRB) 。

与其他中子星一样 ， 磁星的直径约为 20 公里（12 英里） ， 质量约为 1.4 个太阳质量 。
它们是由质量为太阳10-25倍的恒星坍缩形成的 。 一颗磁星内部的密度非常大 ， 以至于一汤匙这种物质的质量将超过1亿吨 。磁星与其他中子星的区别在于 ， 它们具有更强的磁场 ， 并且相比之下自转更慢 。 大多数磁星每两到十秒旋转一次 ， [14
而典型的中子星每秒旋转一到十次 。[15
磁星的磁场会产生非常强的x射线和伽马射线的特征爆发 。 磁星的使用寿命很短 。它们强大的磁场在大约 10000 年后衰减 ， 此后它们将会停止活动 ， 强 X 射线的辐射也会停止 。 参考目前可以观测到的磁星的数量 ， 据估计银河系中不活动的磁星数量为 3000 万或更多 。
磁星的特征是它们具有约为109 ~ 1011 T.[17
的超强磁场 。 这些磁场比任何人造磁铁都强一亿倍 ， [18
比地球周围的磁场强约一万亿倍 。[19
地球的地磁场为 30-60 微特斯拉 ， 钕基稀土磁铁的磁场约为 1.25 特斯拉 ， 磁能密度为 4.0 × 105 J/m3 。相比之下 ， 磁星的 1010 特斯拉场的能量密度为 4.0 × 1025 J/m3 ， E/c2 的质量密度是铅的10000倍以上 。 磁星的磁场即使在 1000 公里的距离内也是致命的 ， 因为强磁场会使组成物体的原子的电子云发生扭曲 ， 将已知生命形式的化学组成改变为不可预估的状态 。[20
地球和月球之间的平均距离为 384400 公里（238900 英里） ， 而一颗磁星在地球到月球的一半距离处 ， 可以剥离地球上所有信用卡的磁条信息 。[21
截至2010年 ， 它们是宇宙中探测到的磁力最强的天体 。[16
[22


正如 2003 年 2 月《科学美国人》的封面故事所述 ， 在磁星强度的磁场中会发生非常奇特的事情 。 “X 射线光子很容易一分为二或合并 。 真空本身被极化 ， 类似于方解石晶体一样 ， 具有强烈的双折射 。 原子被变形成细长圆柱体 ， 比电子的量子相对论德布罗意波长还要薄 。 ”[6
在大约105特斯拉的磁场中 ， 原子轨道会变形成棒状 。 在 1010 特斯拉 ， 一个 1.06 × 10?10m 的氢原子会变成一个比正常直径小 200 倍的纺锤体 。[6

BY: Robert Roy
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