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一直有许多人对中子星物质奇高的密度百思不得其解,由此得出两个结论,一是不相信,二是认为由什么特殊元素组成,只是人类还没有发现。

这不有人就提出,中子星每立方厘米亿吨密度,是不是代表那里有人类未知元素存在呢?

肯定回答:不代表。

不管这个宇宙有没有我们还未知的元素存在,都不可能在中子星上找到。

人类已经发现了宇宙中约118种元素,这些元素在自然界只存在92种,有26种元素是人类通过核聚变做加法制造出来的。

尽管如此,这些元素都应该是自然界中存在的。

在某种特定条件下产生,比如小行星撞击产生了某些元素,但由于这些元素半衰期太短,很快就衰变成别的元素,无法在自然界稳定的保存,因此,人类比较难在自然界得到。

所以就想尽办法制造。所谓做加法,就是只能将两个轻元素通过融合制造出重元素。

理论上如果自然界不存在的元素,人类是无法制造出来的。

那么,元素是宇宙天生的还是制造出来的呢?

宇宙诞生初期只有氢氦元素和及少量的锂元素,这是元素序号中排在1、2、3号最轻的几种元素。

比它们重的一些元素,都是恒星核聚变生成的。

而且比26号元素铁更重的元素,因为产生所要求的温度和压力特别高,只有超新星大爆炸或者致密大质量天体相撞才能够产生。

类似太阳质量左右的恒星,核心压力和温度最终只能生产出6号元素碳,整个梯级元素为氢(H)、氦(He)、锂(Li)、铍(Be)、硼(B)。

也就是说如果宇宙中都是太阳一样的恒星,就只能产出以上6种。

质量大于太阳8倍的恒星,中心温度可以维持梯级核聚变到26号元素铁为止。这个世界上本来就只有铁及以下的26种元素了,那么这个世界就不会有我们和一切生物存在。

因为组成我们的基本元素就有60多种,加上一些可有可无的元素,人体中的元素有上百种。

好在大质量恒星会发生超新星大爆炸,这种爆炸可以产生亿亿个大气压,100亿乃至上千亿度的高温,这样我们已知的118种重元素就诞生了。

我们地球上怎么会拥有宇宙中几乎所有元素呢?

我们太阳系有宇宙中所有元素,是因为太阳系就是在一坨超新星大爆炸后的残渣中生成的。

所有的恒星演化晚期都只是把核心燃料烧光了,绝大部分外围的氢和氦等元素还保留着,这些元素,不管是红巨星膨胀渐渐飘散到太空还是超新星大爆炸回归太空,都会成为新的再生星云,成为孕育恒星的“羊水”和“营养”。

这种再生星云主要成分还是氢和氦,占比在98以上,其他重元素只有不到2%。

但太阳就在这样一坨残渣中生成,当然就拥有了宇宙中几乎全部元素种类。而这些元素更多的是集中在地球等几颗类地行星上。

在太阳系,太阳占据了99.86%的质量,其余的所有行星和矮行星、卫星、小行星等加起来也才占0.14%,地球只占有0.0003%。

太阳是一个等离子体,主要由氢和氦组成,其他几个气态行星也主要由氢氦甲烷等组成。

宇宙中还有没有发现的元素吗?

完全有可能。

但这种可能不是说要在特殊天体上去找,而是人类目前科学水平有限,有些元素凭人类现有的能力很难发现,今后要发现很可能还是在地球上。

因为地球本身就是超新星大爆炸残渣的聚合物,而且地球自从诞生以来,经历了几乎所有的宇宙极端事件,包括咖玛射线暴的照射。

伽马射线暴是超新星爆发,或黑洞、中子星等极端天体相撞的超级能量暴,是宇宙中顶级杀手,理论上没有什么元素不能在这种巨大能量中产生。

这种极端能量产生的物质也漂浮在太空,也会飘落到地球上。地球已经存在45亿年了,什么世面没见过?

现在人类还没有发现宇宙中存在地球上没有的元素。这不仅仅是人类派出的探测器收集回来的资料证明,而且人类现在已经观测到百亿光年的星系和恒星,不同的元素可以通过不同的光谱分析,迄今并没有发现含有未知元素的光谱。

因此人类有可能还会发现新的元素,但这种新元素在地球上发现的可能性更大。

中子星上没有新元素,只是极端密度的特殊物质。

现在来说说为什么新元素不会在中子星上找到。

最简单的答案就是中子星物质已经不是由我们认知的任何元素组成。

组成元素的基本单元是原子,中子星上极端的引力压力下,原子被压垮了,压碎了,电子挤进了原子核,带负电荷的电子与原子核中带正电荷的质子柔和在一起,中和了,因此成为了中子。

这样,加上原子核中原来的中子,实际上中子星就是由一堆中子组成,依靠中子简并压支撑着强大的引力压,保持着中子态物质和中子星的形态。

而中子星的密度就相当原子核的密度,因此密度极端。

原子是由原子核和核外电子组成,核外电子由于动能形成一个坚实电子外壳。

原子半径,也就是这个外壳的半径约10^-10m,而原子核的半径约10^-15~16m,原子半径比原子核半径大10~100万倍。也就是说原子的体积至少比原子核要大千万亿倍,甚至亿亿倍。

而原子质量主要集中在原子核上,占整个原子的99.96%。

电子外壳与原子核之间从质量意义上来说基本就是一个虚空状态,因此普通由原子组成的物质都是很疏松的。

当巨大的压力把原子压垮了,把原子核都压碎了,中子们挤在一起,物质不就缩小了千万亿倍,相当原子核的密度了。

一块本来1.4g/cm^3的物质(太阳密度),增加千万亿倍,不就成了14亿吨/cm^3了吗?

因此中子星上面的物质已经不是由原子组成的物质,不管中子星之前由什么物质组成,成为中子星后,都被从原子层面打碎了,物质的任何性质都不存在了。

有理论认为,整个中子星并不是完全由中子组成,从表层到深入一层层压力越来越大才完全成为中子态的,这个就不讨论了。

中子星的蜕变。

中子星上高致密物质,在极端条件下,又会发生改变。

中子星相撞,上面的中子态物质撞到太空,脱离了中子星极端环境,就会很快贝塔衰变膨胀爆炸成为常态物质。

据科学家测算,2017年观测到的两颗中子星相撞引力波,这种撞击撞出的物质,会形成300个地球质量的黄金,漂浮在太空。

地球上的黄金储量,主要就是来源于这种天体事件。

而当一个中子星通过吸积,质量超过3.2个太阳,就会继续坍缩成为一个黑洞,这时候,所有物质都无限坍缩到黑洞中心无限小的奇点上,别说元素,连物质都没得做了。

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