中子星表面的重力为地球7000亿倍,掉向它的物体能超光速吗?

当一个个的中子紧密结合之后,就形成了中子星这样的天体。中子星是死亡恒星的残骸,中子星物质被认为是可见物质中密度最大,硬度最高的物质。

什么是中子星

一个中子星的半径大约有10km,最小的中子星半径只有几千米,可见中子星的质量有多大。太阳质量是1.9891x10^30千克,由钱德拉塞卡极限计算,中子星质量不能小于1.44倍太阳质量,而奥本海默极限规定,中子星质量不能超过太阳质量的3倍。

我们就说中子星的质量有1.44~3.00x1.9891x10^30千克,那质量是地球的48到99倍了,如果按照地球的50倍质量来计算,那么中子星的密度就是地球的130万亿倍了。地球的平均密度是5.5克/立方厘米,中子星5.5x130万亿=7.15亿吨,那么中子星的一个立方厘米就有1亿吨到20亿吨重的说法也就不足为奇了。

大家都知道黑洞可以“吞噬”一切,在黑洞的周围连空间都是扭曲都。但是中子星也是极其变态的一种天体,那么当中子星遇上黑洞会擦出怎样的火花呢?

中子星的形成过程

恒星的内部主要是由氢元素构成的,当恒星内部的氢元素燃烧完之后,如果恒星的质量足够大还会继续燃烧氦,接着按照元素周期表往下继续燃烧。最后只剩下了铁原子,由于铁原子核比较稳定,铁核聚变需要较大的能量。恒星的质量依然足够大的时候,恒星在坍缩的时候就会产生巨大的能量,就会把铁原子击碎。

巨大的坍缩会使得核外电子挤入质子之中,电子带负电,质子带正电,这样电子加上质子就会变成不带电的中子,这样所有的物质会被压缩成一个由中子组成的天体中。当恒星的内核质量在1.44倍太阳质量到3倍太阳质量之间,中子就会在太阳的作用下形成中子星。

黑洞的形成过程

黑洞的形成过程是和中子星的形成是类似。超大质量的恒星在坍缩后,一旦在核心的密度达到一定的程度,这个时候所形成的引力使光也无法逃脱,黑洞就形成了。

当中子星和黑洞相遇

中子星和黑洞都是质量和引力极大的天体,但当它们相遇时:相距200亿公里时,中子星表变物质发生不稳定,磁场有明显波动。当到100亿公里时,中子星外物质便会飞出,并在黑洞周边环绕,之后中子星便向黑洞运动。当到50亿公里时,它们便会发生强烈的磁场碰撞,并放出大量电子和光,之后中子星的能量便会慢慢消耗,而后被黑洞吞没。所以说当两者相遇的时候,通常只有一种结果,那就是成为一个黑洞。

考虑到地球的重力加速度约为10米/平方秒,这与光速相差太大,因此,我们不妨用中子星来讨论这个问题,原因是中子星的重力非常的离谱。

相关资料显示,一颗标准中子星的表面重力是地球的7000亿倍,其表面重力加速度可达到(7 x 10^12)米/平方秒。根据科学家的计算,一个距离中子星表面1米的、初速度为零的自由落体,在落地时的速度可达到每小时大约100万公里!

根据公式,重力加速度g = GM/r^2(在这里G为引力常量,M为中子星的质量,r为物体距离中子星质心的距离),我们可以看到重力加速度的大小是与距离的平方成反比的。

自由落体与星球质心的距离越大,受到重力加速度就越小,在地球上,因为地球的半径很大(约为6371公里)而重力相对较小,所以一般的高度都对重力加速度影响不大。

而中子星的结构却非常致密,其半径通常都为十几公里,因此在中子星上,自由落体的高度稍微增加一点,其受到的重力加速度就会大幅度地减少。简单地讲,就是距离中子星一定的距离的自由落体,其受到的重力加速度,要比中子星表面的低很多。

每个天体都有一个逃逸速度。

在不受外力的干扰下,当一个物体达到了一颗星球的逃逸速度时,它就可以逃逸到离这个星球无限远的距离。反过来讲,如果一个物体由无限远的距离,从静止状态向一颗星球做自由落体运动时,它能达到的最大速度也就是这颗星球的逃逸速度。

结语

事实上,中子星表面的逃逸速度在理论上的最大值为15万公里/秒(光速的一半),也就是说,无论你将物体放在离中子星表面多高的位置,当它从静止状态相对于中子星做自由落体运动时,它的速度都是不会超过15万公里/秒的。

这个原理适用于宇宙中所有的天体,所以这个物体是不可能超过光速的。