比一比，铅核和中子星有什么共同之处？比完有点不一样

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浩瀚宇宙的神秘天体——中子星


(图片来源:美国国家航空航天局)
在这张由美国宇航局钱德拉天文台的x射线观测、超大望远镜的可见光测量和哈勃太空望远镜的附加数据组成的合成图像中，可以看到超新星爆炸中心的一颗中子星。


科学家们对神秘中子星的大小进行了新的估计，揭示了超密度恒星尸体比之前认为的略大。根据发表在《物理评论快报》上的最新评估，除了黑洞之外宇宙中已知密度最大的物体——中子星，其半径在8.2到8.9英里(13.25到14.25公里)之间。此前，人们认为这些恒星是巨型超新星爆炸的残留物，半径略小，可达7.5英里(12公里)。在这个相对较小的半径内(无论哪个)，被挤压的物质量相当于太阳质量的1.4倍，相比之下，太阳的半径为432,169英里(695,508公里)。


研究人员不是通过直接测量中子星，而是通过观察所谓的“中子皮”，即围绕在铅原子原子核周围的中子外层来做出新的估计的。那么，铅和中子星的大小有什么关系呢? 铅是地球上天然能找到的密度最大的物质之一。尽管铅的密度远不及中子星，但科学家们认为，支配铅原子结构的物理原理一定与中子星结构背后的物理原理相似。


佛罗里达州立大学核物理学家豪尔赫·皮耶卡雷维奇（近期相关论文的作者之一）在一份声明中说:“目前我们在实验室中进行的实验都无法探测中子星的结构，它是如此的独特，我们根本无法在实验室中制造出来。因此在实验室里任何能够定义中子星的属性或者给到我们信号的发现都是非常有价值的。


皮耶卡雷维奇和他的同事们最近研究了一项名为PREX(铅半径实验，Pb是铅的化学符号)的实验结果，该实验最近由弗吉尼亚州托马斯·杰斐逊国家加速器实验室的物理学家进行。研究人员用电子束探测了铅原子，发现铅同位素Pb-208的中子皮有0.28飞米(0.28万亿分之一毫米)厚，大约是理论学家预测的厚度的两倍。这项研究也被发表在《物理评论快报》上。


中子表皮和中子星
原子通常由带正电荷的质子、带负电荷的电子和不带电的中子组成。质子被挤压在原子核中，电子在原子核外层分布，而中子就比较复杂了。
较重的原子，如铅，通常含有更多的中子。一些中子和质子一起被挤进原子核，但并不是所有的中子都能挤进去，剩下的部分将被推到原子核的边缘，在那里形成了物理学家所说的中子皮。


铅最常见的同位素Pb-208含有82个质子和126个中子，常被用于实验研究。物理学家知道，原子的大小与其外层有关。皮耶卡雷维奇认为，同样的假设可用于推理体积和密度更大的中子星。皮耶卡雷维奇在声明中表示:“这种表皮的尺寸，以及它如何进一步扩展，与中子星的大小有关。” 他说，他的估计还只是初步的，科学家要真正正确地了解掌握中子星，还需要更多的工作和技术进步。
皮耶卡雷维奇说，这是在推动知识的前沿，我们都想知道我们从哪里来，宇宙是由什么组成的，它的最终命运是什么。自2017年以来安装在国际空间站的美国宇航局中子星内部成分探测仪(NICER)望远镜使天文学家能够测量一些中子星的大小和质量，但天文学家对这些神秘物体的许多假设仍然基于理论。


相关知识
中子星，是恒星演化到末期，经由引力坍缩发生超新星爆炸之后，可能成为的少数终点之一。恒星在核心的氢、氦、碳等元素于核聚变反应中耗尽，并最终转变成铁元素后，便无法再从聚变反应中获得能量。
中子是一种电中性的粒子，具有略大于质子的质量。中子属于重子类，由两个下夸克、一个上夸克和用于在它们三者之间作用的胶子共同构成。夸克的静质量只贡献出大约1%质子质量，剩余的质子质量主要源自于夸克的动能与捆绑夸克的胶子场的能量。绝大多数的原子核都由中子和质子组成。
BY:Tereza Pultarova
FY: kairikoo
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