中子星是恒星發(fā)展的一個終極歸宿，但恒星是怎么發(fā)展到中子星的，中子星的密度又為什么那么大，似乎很多朋友都搞不清楚，接下來簡單說說這個過程。
一、恒星誕生與發(fā)展
關(guān)于恒星的誕生，18世紀的伊曼紐·斯威登堡、伊曼努爾·康德和皮埃爾-西蒙·拉普拉斯提出提出了星云誕生模型，這是被廣泛接受的很行誕生模型。但不管如何，恒星誕生了，我們從未來能發(fā)生超新星爆發(fā)并誕生中子星的恒星發(fā)展開始說起。
1、恒星的靜力平衡時代
這是一顆恒星最好的時光，大致可以將這個時期稱為主序星時代，在主序星內(nèi)核，正在發(fā)生在質(zhì)子鏈反應(yīng)，這個過程非常重要，是所有恒星發(fā)展的最初起點。
質(zhì)子鏈的第一步，同位素氕聚變成同位素氘，這是質(zhì)子鏈反應(yīng)的第一步。
1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV;
這是兩個質(zhì)子之間的聚變反應(yīng)，理論上來看質(zhì)子可以通過極高的溫度和壓力下克服庫倫勢壘實現(xiàn)聚變，但1920年大神愛丁頓經(jīng)過計算得出，以太陽的質(zhì)量并不能達到如此高的溫度，但太陽已經(jīng)開始了燃燒，似乎質(zhì)子鏈反應(yīng)第一步就走不下去了？
微觀粒子穿過一個位勢壘。粒子能量在穿越前后維持不變，但量子幅會降低。
幸虧后期量子力學(xué)的發(fā)展給了物理學(xué)家一個正確的解釋，質(zhì)子可以通過波函數(shù)隧道，穿過庫倫勢壘的斥力障礙在低于理論計算條件下達到聚變反應(yīng)。但即使如此這概率仍然很低，這也是太陽壽命那么長的重要原因，因為它自身正在積攢燃料。
再往后事情就簡單了，氘和氕聚變成氦三，然后氦三再聚變成氦四，或者有碳氮氧循環(huán)產(chǎn)生，當然在主序星階段這尚未發(fā)展到這個階段。在此時，恒星內(nèi)核的聚變產(chǎn)生的熱壓力和引力勢能是平衡的，也就是我們所說的靜力平衡時代。這也是一顆恒星最最穩(wěn)定的階段，因為“內(nèi)心比較平和”，即使有點小脾氣“日餌爆發(fā)”也不至于毀滅恒星系！
2、狂暴的紅巨星時代
恒星內(nèi)核氫逐漸消耗，內(nèi)核的氦元素累積，內(nèi)核會逐漸坍縮，但7-10倍以上質(zhì)量的恒星在內(nèi)核坍縮至簡并態(tài)物質(zhì)前就會開始氦元素聚變。
23He → 4He +21H (12.9 MeV)
41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)
因為大質(zhì)量恒星的內(nèi)核溫度更高，在氦元素聚變堆積后無需達到類日恒星的電子簡并態(tài)即可燃燒，反應(yīng)過程如上，各位有沒有發(fā)現(xiàn)，氦元素的反應(yīng)更劇烈，而且速度也更快，劇烈的內(nèi)核能量釋放將會產(chǎn)生超高熱壓力，會導(dǎo)致恒星直徑極度膨脹，比如只有太陽質(zhì)量7-10倍的盾牌座UY，直徑是太陽的1700，體積是太陽的45億倍。
這就是恒星的靜力平衡失控時代，熱壓力戰(zhàn)勝了引力勢能，恒星的未來岌岌可危。
3、超新星時代
超新星爆發(fā)前夕的恒星內(nèi)核溫仍然按部就班的進行核聚變，只是生產(chǎn)元素的速度越來越快，時間越來越短，內(nèi)核的溫度也越來越高。
質(zhì)量為太陽20倍的恒星，內(nèi)核各種元素消耗的時間，內(nèi)核元素的終點在鐵元素，當然并不是說只會有鐵，比如還有其他少量的鈷、鎳、銅、鋅元素，但絕大多數(shù)都是鐵，此時恒星的超新星爆發(fā)瞬間就會發(fā)生。
因為鐵核不再產(chǎn)生能量，再無熱壓力對抗引力勢能，恒星外殼將向內(nèi)坍縮，速度可以達到7萬千米/秒，這個速度大約是光速的23%，核心密度與溫度迅速增加。核心剛開始坍縮時會光致蛻變和電子捕獲的β衰變，這是超新星爆發(fā)時觀測到中微子流的重要原因。
坍縮成中子星的恒星內(nèi)核并未徹底簡并態(tài)化，這個坍縮會導(dǎo)致中心元素迅速聚變而失控，此時時空核聚變的激波會與坍縮的物質(zhì)撞擊，接近光速一半的相對速度下將制造出一個宇宙中僅次于中子星相撞的極致環(huán)境，在此區(qū)域的物質(zhì)會經(jīng)歷失控聚變的過程。此時的超新星爆發(fā)會將恒星外殼徹底炸散，形成彌漫星際空間的星云，而此時在主序星以及紅巨星和超新星爆發(fā)過程制造的元素都將夾帶在這片星云中。
二、中子星時代
質(zhì)量尚不足以坍縮到黑洞的內(nèi)核將坍縮為中子星，這個坍縮過程我們有必要來了解一下，超新星爆發(fā)我們就不說了，直接說這個原子怎么就變成了中子呢？
我們必要來來了解下原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，其實中心原子核之占了一點點空間，這從盧瑟福的α粒子散射實驗可以證明，其他空蕩蕩的空間都是電子云的位置，電子在相應(yīng)能級上隨機出現(xiàn)與消失，它的位置與動量不可同時測定，這就是海森堡不確定性原理由來，因此當恒星內(nèi)核開始坍縮時，首先就會將電子從外層壓縮想中心原子核靠近，但不確定性原理不會讓電子占據(jù)同一個量子位，此時被壓縮到極限卻仍然在原子核外部的物質(zhì)叫做電子簡并態(tài)。
但質(zhì)量足夠大的恒星內(nèi)核引力勢能可以突破電子簡并態(tài)，將電子直接壓入質(zhì)子中和成中子，當然只要有足夠強的壓力，也可以壓垮夸克達到夸克簡并態(tài)，不過這類可是傳說中的夸克星，尚未實際觀測到，現(xiàn)在通行的理論認為突破了中子星的極限就成黑洞啦！
三、中子星的密度有多大？
從構(gòu)成原理來說，它的密度就是原子核的密度，當然中子的質(zhì)量會比質(zhì)子要那么一點點，所以它也會比原子核密度高那么一丟丟，不過也是個可以忽略的差異，但有一個問題，為什么網(wǎng)上資料中的中子星的密度差異那么大？
中子星的密度：8×10^13克至2×10^15克，差距比較大
外殼中的離子和電子是啥意思？電子我們就不管了，關(guān)鍵是離子，因為離子就是游離電子的原子核，在這個位置還有離子狀態(tài)的物質(zhì)存在，它們的密度遠比不上中子簡并態(tài)物質(zhì)密度，而內(nèi)核的夸克膠子等離子體則要比中子密度要更高一些（事實上組成中子的輕夸克的質(zhì)量很輕，膠子的存在才讓中子有那么高質(zhì)量），所以不同大小的中子星密度會有比較大的差異。不過無論哪種恒星，到達了中子星層次，算是完美極致了，因為再往前走就是宇宙的黑暗力量黑洞了！
假如一顆中子星從太陽系內(nèi)行星軌道經(jīng)過的話，地球就完蛋啦，因為中子星至少也是太陽1-2倍左右的質(zhì)量，太陽系內(nèi)出現(xiàn)兩個太陽的質(zhì)量，這還得了！有一部《撤離地球》的偽紀錄片挺不錯的，說的就是中子星闖入太陽系，人類緊急撤離的過程，有興趣的朋友可以看看。
