Neutron Stars

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2025-11-25

—— Xinyu LI

什么是 star？

一个由等离子体构成的发光球体.

恒星的发光是由氢的燃烧造成的. 具体而言，有两个不同的反应链：pp - 反应链 & CNO 循环. 我们知道太阳的质量并不是无限的，当 H 烧完之后会坍缩一点，开始燃烧 He；这些过程也不是无止境的，因为更重的元素 (Fe 以上的元素) 倾向于裂变而不是聚变. 在这个点，没有辐射能和引力相互抗衡.

因为电子是 fermion，所以在引力坍缩的过程中会产生电子简并压，这是一种可以和引力相互抗衡的力，最终形成白矮星.

这里说一下 $\text{I}a$ 型超新星，这种超新星的形成来源于一颗白矮星吸收其伴星的物质，然后逐渐超过 Chandrasekhar 极限，并发生超新星爆炸.

在 Chandrasekhar 极限之上，中子简并压起主要作用，中子星的密度会达到 $4\times10^{11}\sim10^{15}\text{ g/cm}^3$ 的量级，这是一个非常恐怖的数字.

1965 年中子星最先被 radio 探测器发现，一开始人们认为这种极为规律的信号来源于 Little Green Man，但是后来确认为中子星.

中子星的压强方程：

\frac{\text{d}P}{\text{d}r}=-\frac{Gm}{r^2}\rho\left(1+\frac{P}{\rho c^2}\right)\left(1+\frac{4\pi r^3P}{mc^2}\right)\left(1-\frac{2Gm}{rc^2}\right)^{-1}

虽然我们是通过周期性的脉冲发现的第一颗已知中子星，但是我们到目前为止仍然不了解中子星产生周期性脉冲的完整机制. 一个思路是中子星的磁轴和中子星的自转轴不同，就像灯塔一样扫过星际中的空间.

Magnetars (磁陀星)：它们是一类特殊的中子星，具有极强的磁场，一般认为这种星体的强磁场来源于贯穿整颗星体的电流.

在这样的强磁场下，QED 的效应是极为明显的，所以可以作为很好的理论验证.

另外，我们曾经发现过 FRB (Fast Radiation Burst，快速射线暴) 和 X - ray 暴同时出现，有理由认为 FRB 的来源就是磁陀星.

下面我们来看 GW170817 —— 人类第一次发现的中子星碰撞事件.

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2025/11/25 07:38

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