已知宇宙中最危險的事情是什麼?
2004年12月27日,地球被宇宙中電磁波擊中,這是一次巨大的電磁撞擊。各種衞星的測量儀器都出現了觀測溢出的情形,儘管它們在這場衝擊中實際上什麼也沒有測量到。在地球背面,發現了明顯被月球反射的輻射。那裏發生了什麼?事實證明,有個物體在0.2秒內釋放的閃光能量相當於太陽在大約15萬年內釋放的能量。 那會是什麼呢?是什麼在那裏爆炸了?哇哦,是一顆強磁星!
現在我們知道恆星其實源自於核聚變反應堆,原子核在它們內部融合。在這個聚變能量被釋放的過程中,這些能量向外散發,與恆星自身質量產生的向內的引力相平衡保持穩定。只要這個過程有效,恆星就是穩定的,並且會一直散發輻射。恆星的質量是不盡相同的。太陽有太陽質量。還有一些相當於30、40、50個太陽質量的大型恆星,由於它們比太陽質量大的多,對自身產生了更大的引力壓力。這會導致大質量恆星比小質量恆星進化得更快。也意味着大恆星比小恆星壽命短的多。今天,太陽已經有45.67億年的歷史。
在宇宙中能夠測量到的最強磁場之一是來自磁星的巨大磁場,它有10 ^ 11特斯拉(磁通量單位)。有些恆星的壽命要短得多並且會在一次巨大的爆炸中死亡,通常這些恆星會留下一個只有幾公里大小的內核,這就是所謂的中子星,這顆中子星內核實際上已經保留了母恆星所有的剩餘能量,包括磁場。
這顆恆星殘骸的旋轉速度非常快,因為它保留了母恆星大部分的角動量(恆星坍縮時,角動量守恆,因而自轉會加速)。 這就好比花樣滑冰運動員的著名動作,運動員利用手臂的伸張和收攏來改變旋轉速度。在冰上旋轉時,當運動員獲得旋轉力時,把手臂向外伸展,來增加轉動慣量,平穩後,收臂縮小轉動力矩,使最大的轉動慣量變為最小的轉動慣量,加快角速度,使旋轉速度加快。 這顆恆星也是如此,所以當它塌縮時,其自轉變得越來越快,當恆星的磁場也向其內核拉動時,一個有着自轉軸的超強磁星形成了。
(圖源:NASA 強磁星)
或許是因為這顆超強磁星平行於其自轉軸,你幾乎看不到它在軸垂直的方向自轉。你可能會看到在高速自轉的過程中,它的形狀似乎沿着旋轉軸被拉長傾斜了。如果一顆恆星的磁場被撕裂成只有幾公里的小區域,這意味着什麼呢?由於恆星會擴張,這個區域可以達到半徑70萬公里,而質量巨大的恆星則能達到數十億公里,那將是非常巨大的範圍。那又意味着什麼呢?毫無疑問,這個範圍裏一定會有很強大的磁場,一切物質都將被壓縮進這個核心,這將是宇宙中最強的磁場。2004年12月27日測量到的這個物體,也是有史以來觀測到的具有最強磁場的物體之一。它比我們地球的磁場要強上好幾百萬倍,好幾十億倍。
現在你不得不弄清楚磁場和物質到底有什麼關係了。這沒什麼神奇的。磁場,無非是有帶電粒子的電場,這是顯而易見的。假設我手裏有一個正極,一個負極。當我把一個電荷放進去,根據電荷的大小,如果帶正電荷,它會移動到負極,如果帶負電荷,它會移動到正極。電場,我們都知道,但是磁場是如何影響帶電粒子的呢? 這有點複雜,但規則基本上很明瞭,磁場對帶電粒子施加的力是與磁力線平行的力。
在那裏電荷可以完全自由移動,但不能垂直運動。如果這個磁場的力量如同這顆磁星一般,毫不誇張的説,如此之強的磁場會改變原子中電子雲的形狀,將其拉長成雪茄形,“雪茄”的長軸被迫與磁力線保持平行,磁場的存在使物質受到很強的約束力,這使得生物化學過程難以進行。現在我們可以想象這個物體的磁場是怎樣的,它和磁星一樣緻密,如果這個磁場一遍又一遍地旋轉,在旋轉過程中釋放它的力量,複雜的磁場所產生的力量有時會撕扯強磁星的外殼,並在強磁星的內部聚集熱量。
一旦某一時刻強磁星的外殼再也受不了這種撕扯,產生類似於地球上地震發生時的情形,將會導致恆星自身星體破裂,這種情況叫做“星震”。當星震(恆星遺骸爆破)發生時,強磁星內部聚集的熱量會迅速釋放出來,隨之會產生一個超高温氣體,伴隨着具極度高能量的等離子(軟γ射線),這些粒子在爆破過程中加速旋轉產生巨大伽馬射線暴的閃光能在銀河系中持續傳播超過5萬年。
(圖源:藝術家設想的一個強磁星所在的星系團,Wikipedia)
當一顆恆星坍縮時,原子受到壓縮,使電子和質子一起變成中子。 原子核的密度是如此之高,以至於一個立方厘米的中子星所包含的重量,就好像世界上所有的人的重量都集中在一個點上。儘管密度如此之高,但是在這個恆星遺骸的形成過程中,並非所有的電子和質子都壓在一起,仍然有足夠多的帶電粒子殘留下來。
所以這顆強磁星的高速旋轉就像發電機一樣,不斷的加強了其自身的磁場的同時也導致了物質的變形,這些強磁場扭曲了強磁星上的物質,一起作用於地殼造成了地震接着又導致了天體能量爆發,正如我們在2004年觀察到的那樣。大質量恆星的壽命通常都十分短暫。 這就是為什麼儘管我們的太陽圍繞着銀河系的中心運行了45.67億年,然而我們周圍卻沒有任何超新星,也沒有更為巨大的恆星與我們同在。我們的地球生活在銀河系的一個不起眼的角落裏,這裏沒有恆星形成區域,也沒有大質量恆星,也沒有磁星。因此,幸好銀河系和宇宙中最危險的物體離我們是極其常遙遠的。
作者: Toni Sementana, PhD Physics
FY: rabbi
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