所有恒星都逃不出三个宿命：白矮星、中子星、黑洞

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2017年6月1日，NASA发射人类首个中子星探测器，那么到底什么是中子星？研究它到底有什么重大意义呢？

从头说起，大家知道，所有恒星最终都逃不出三种结局：白矮星、中子星、黑洞。

▲人类发现的第一颗白矮星——天狼B星，质量跟太阳差不多，直径只有地球的两倍。
先来看看白矮星，因为最先发现它时，大多呈现暗淡的白色，个头也比较小（当然是跟我们最熟悉的太阳比啦），因此得名。对于中低质量的恒星来说，亿万年的演化走到白矮星这一步，算是走到了尽头，不再有什么变化。可它又是怎么来的呢？
拿我们身边最熟悉的太阳来说，50亿年后，热核聚变结束时，烧尽氢燃料膨胀成一颗红巨星，体积巨大到都能够吞噬掉地球，更别说水星、金星、月球了。因为虚胖，密度极低，几近真空，并不耽误这些行星运转，但高温却能毁灭所有生命，能够把地球彻底烤焦。
这时候的红巨星，核心温度无法持续升高了，聚变出来的碳、氧，只好堆积在核心区，越积越多，越积越紧密。当密度达到每立方厘米10吨的时候，天文学家就认为，太阳内部有了一颗白矮星。整个太阳就这么逐渐冷却，黯淡下去，外壳那些膨胀到了极限的稀薄星尘，慢慢散开，形成一个巨大无比、色彩斑斓的行星状星云，核心剩下的这颗白矮星，最终冷却成了一个实心疙瘩——黑矮星，就等着宇宙尽头了。要知道我们银河系90%以上的恒星（当然包括太阳），有朝一日都会变成白矮星。所以呢，不必叹息。

▲艺术家描述的类太阳恒星的生命周期。从左下角的主序星开始，然后膨胀经过红巨星的阶段，直到在右上角将外层抛离，形成行星状星云。
说完白矮星，再说说本期主角——中子星。
中子星，是更大质量恒星的最终结局。为什么叫它中子星呢？刚才说了，红巨星核心密度达到每立方厘米10吨的时候，被称为白矮星，这种密度虽然已经相当吓人了，但还属于正常物质结构的最大密度范畴，微观尺度下，电子还是电子，原子核还是原子核。
但在中子星体内就大不相同了，压力山大已经到了彻底突破正常世界的底线啦！不仅原子的外壳被压破了，而且连原子核都能被压破，质子和中子都被挤出来，质子碰到电子，又结合成中子。就这样，把整个星体变成了只有中子的独立王国。

▲这就是著名的「上帝之手」，编号PSR B1509-58，典型一颗脉冲星，属于高速自转的中子星。具体可戳：这是上帝之手or魔鬼之手？ - 知乎专栏
中子星的密度到底有多大？说出来吓死你，每立方厘米高达10亿吨！这是神马概念？相当于你把整个珠穆朗玛峰压缩成一块方糖那么小！
所以说，人类要是能搞清楚中子星的内部结构，科学是不是就能挺进一大步？！
问题来了，到底哪个上帝才能拥有如此蛮力，才能搞成这么大密度的中子星？
刚才说了白矮星的成因，热核聚变把氢氦燃料都烧完了，因为质量不够大，碳、氧只好堆积如山，慢慢冷却成白矮星。但是要知道中子星的前身——红超巨星，可比红巨星质量大多了。因为质量巨大形成了强大引力坍缩，氢氦烧完了，氧开始燃烧，就连硅都坚持不住开始核聚变了，直到出现了铁元素，56个质子和中子结合得极端紧密，不会再聚变下去了。终有一天，核心区的铁元素堆积如山，产生极强引力，使得外层物质极速坠落，落到铁核上，形成极端高温，引发核聚变，生成更重的元素。

▲在超新星爆发之前，大质量恒星的核心结构是有如洋葱般的层层排列，此图未按照比例排列。
我们不妨插上想象的翅膀，一个超级球体各个地方同时发生核聚变，爆发威力该有多大？场面何等壮观！这么一炸不要紧，瞬间就把自己整个球体炸飞了——这就是灿烂闪耀全宇宙的超新星爆发！只留下一点内部核心——如果前身恒星质量是8～20倍太阳质量，这就是中子星；如果前身是20～50倍太阳质量，爆炸后就坍缩成了黑洞。

▲这就是恒星—白矮星—中子星—黑洞之间的演化关系。
有人问了，所有恒星最终都逃不出三种结局：白矮星、中子星、黑洞，那么白矮星、中子星、黑洞的质量都有多大呢？

印度裔美籍物理学家钱德拉塞卡，通过广义相对论场方程算出了白矮星质量极限值——钱德拉塞卡极限，≦1.44倍太阳质量。

被誉为原子弹之父的奥本海默，算出了中子星质量极限值——奥本海默极限，1.5～3倍太阳质量。

德国天文学家、物理学家史瓦西，最早建立了黑洞模型，算出了大于3倍太阳质量的黑洞质量底限。
有关更多中子星的神奇大图和奇异故事，我们下篇推出，谨请关注。

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过个10^1000年 宇宙只有黑洞

流氓插件

涨知识了，宇宙每天都是毁灭与新生，我们人类太渺小了。

qinger0912

我们星球上的重元素在这时间的长河里到底都经历了些啥，心疼它们。

坏人/fw

还有一种超大质量恒星死亡时会把自己全部炸碎，不会留下任何东西包括黑洞，貌似叫 不稳定对超新星，这也是一种归宿吧