一顆直徑 30 公里的中子星撞上大犬座 VY 那麼大的岩質星球會發生什麼?
中子星的結局是什麼?大犬座 VY會發生什麼?
大犬座VY星是已知最大恆星,其質量約為太陽的40倍,半徑約為太陽2000倍,比土星軌道還大。這麼大的一個東西你居然談什麼「岩質」? 開玩笑啊,宇宙里哪有那麼多物質給你隨便當岩石?就算宇宙里東西多,咱銀河系這個小家小業的地方也不能那麼奢侈啊。
我們日常生活中考慮物理問題,默認是忽略萬有引力的,因為萬有引力常數實在太小。但是,萬有引力這個東西,一方面和距離的平方成反比,另一方面和質量成正比。質量=密度x體積。體積是尺度的三次方,如果物體的密度不變的話,一個物理體系的尺度增加10倍,其中各個物體的體積就是原來的1000倍,距離的平方變成原來的100倍——1000/100=10,即萬有引力相對其他效應增加10倍。尺度越大,萬有引力的效應越明顯,即便對於非常稀薄的低密度物質也一樣。
所以,兩塊石頭之間不會互相吸引繞行,地球和月亮就被引力鎖在一起。普通石頭可以奇形怪狀,直徑到了上千公里就必定是球形——在引力作用下收縮在一起。等到尺度的數量級進一步增加,這堆石頭(氣體也一樣)收縮成一個緊密小球的趨勢將更強烈,會變成白矮星中子星乃至導致時空斷裂的黑洞。你設想中的像土星軌道那樣大的「岩石行星」必定早就收縮為一個黑洞了。
那麼,宇宙里各種星體、星系的尺度那麼大,為啥至今沒有被萬有引力變成一群黑洞呢?因為宇宙的密度太小了,星體之間的距離太大了。我們地球是個密度特別大的奇特地方。你不能用奇特地方的物質密度去設想宇宙問題。我在假設以接近光速飛行在宇宙中,不會因為撞到宇宙中的某些物質而被摧毀嗎?這個問題里談到過宇宙的空曠。
具體到到你提到的大犬座VY星,這東西質量是太陽的40倍,直徑是太陽的2000倍,很明顯體積是太陽的 8000000000倍,即80億倍。密度是太陽的2億分之一……太陽的密度是水的1.4倍,石頭的1/2,和我們日常見到的東西密度差不多。這個大犬座VY星么,放到我們地球上有個更好的稱呼——【真空】。實驗室里一般的氣泵甚至根本抽不出這麼稀薄的真空。只是因為它稀薄的氣體分子在高溫亂撞,這才成為一顆熾熱的恆星。(但這在宇宙里已經算是難得的高密度空間了)
可能不太清晰,總之太陽和這個恆星對比,體積上就是一隻螞蟻和一頭犀牛的關係啦。但密度上是開山斧和一縷清風的關係。你現在要求【大犬座VY那麼大的岩質星球】,這是什麼概念?是把恆星的質量增加了4億倍!讓大犬座VY的質量相當於160億顆太陽!你肉眼能看到的滿天繁星和銀河加起來,也堆不出你這塊石頭。整個銀河系幾千億恆星的質量也只夠你製造50-100顆這麼大的「石頭」。實際上,根據一般的估計數字,銀河系中央作為星系核心的黑洞不過是你這塊石頭這麼大——但銀河系的主要元素是氫,重元素很少,而氫是不能用來造石頭的。整個銀河系的鈣硅鋁鐵等重元素湊起來,或許勉強夠造這麼一塊石頭。但就算你造出來,這塊石頭立刻就會以超出你想像的速度塌縮成黑洞。
這裡說一個簡單的規律:一個物體的史瓦西半徑(質量集中到這個半徑的球體里就會變成黑洞)與其質量成正比。太陽的史瓦西半徑大概是3公里,你這個東西的史瓦西半徑是480億公里——土星軌道半徑約為14億公里——換句話說,這麼大質量,這麼大密度的東西根本不需要塌縮時間,它已經是個黑洞了。你如果站在你設定的這顆「岩質星球」表面,你已經身處黑洞內部。之後你會發生什麼完全無法預測,因為你已經處於和我們不同的另一個時空了。任何物理學在黑洞內部都會換一套規律。即便是一顆中子星撞到這個黑洞裡面,也會被瞬間吞噬。但動量守恆是放之宇宙而皆準的真理,所以你問「會發生什麼?」
唯一會發生的事情就是黑洞吃掉中子星,然後因為撞擊改變一點點運動方向和旋轉方向。沒了。
你可能會對黑洞的密度如此之低感到詫異——用石頭就能堆成黑洞!但事實的確如此。你可以想像一個不太正確但很直觀的幾何模型——每一公斤物質製造一條「引力線」,每條引力線都從這公斤物質延伸到無窮遠處,都必然穿過所有物質的共同邊界。那麼越多的物質聚集到一起,物質邊界面上的「引力線」密度就越大。因為隨著這堆物質尺度的增加,質量以三次方增長,物質邊界面的面積只以二次方增長,單位邊界面積的「引力線」就和尺度成正比。所以,物質越多,邊界上的「引力線」密度就越大。「引力線」密度大到一定程度就會製造時空斷裂,從而促成黑洞出現。很明顯,尺度越大,構成黑洞的物質密度就可以越低。整個宇宙的密度雖然很低,低到每立方米也許只有一個氫原子,但考慮到宇宙尺度之大。這完全可能構成黑洞的密度,即我們這個低密度宇宙或許就是一個巨型黑洞的內部!這也是我們無法「離開」這個宇宙的理由之一。
回到最初的問題,你這裡的錯誤不是隨隨便便在宇宙學中使用大犬座VY星這樣的物理尺度,而是隨隨便便用了「岩石」這麼駭人的密度。考慮到你的大腦也是一種宇宙中少見的高密度物體,我可以理解你的錯誤。但生活在物質如此「貧乏」的宇宙,還是要遵守中央八項規定,勤儉節約設置科幻數據,否則全宇宙的物質也不夠我們玩幾次的。太陽質量的中子星直徑十幾公里,超過3倍太陽質量就可以形成黑洞了.所以直徑30公里的中子星能穩定存在嗎.結果就是2個黑洞對撞,黑吃黑.
其實吧,題主這個問題(設定)很奇怪啊。VY是岩質的?而且,能「撞上」?
先說一下恆星的演變吧。為何中子星質量那麼大直徑卻那麼小?為何VY不是岩石星體。
首先,恆星通過燃燒(核聚變)內部組織發光發熱,這些發光發熱使得恆星內部的壓力很大(我在下文以鳴音水壺為例解釋下)。相同量的物質如果體積越小,壓力越大。那麼,在重力作用下,恆星的物質就會向中心收縮,收縮的同時,壓力變大,當壓力的大小和重力大小一致時恆星就達到一個較為穩定的狀態。在初期,由於恆星有足夠的物質燃燒,所以不太可能存在壓力總是比重力小的情況。當恆星進入老年(我們假裝沒看見這顆恆星的紅/藍/白……巨星時代),因為物質(核聚變的主要物質是氫和氦,元素序列號越大核聚變越難,一般核聚變的終點是生成鐵元素)減少,風燭殘年的恆星燃燒的量不足以產生足夠的壓力抗衡重力,在重力作用下物質會坍縮,坍縮導緻密度變大。現在說一下鳴音水壺,鳴音水壺依靠蒸汽壓力產生鳴音。大家都知道,火力不夠大,水燒不開,水壺就沒有聲音(類比恆星收縮),因為蒸汽的壓力不足以產生鳴音。當火力稍大,水能燒開,那麼就會產生聲音(類比恆星穩定)。當火力足夠大,(讓我們把水壺變成高壓鍋),那麼高壓鍋那個塞子就會被頂起來(類比恆星膨脹)。在這裡,水壺相當於重力的束縛,而蒸汽則是因為核聚變而壓力巨大的等離子體(恆星上的物質絕大多數是等離子體)。回過頭來,老年的恆星一般有四個結局。
一般來說,質量越大的恆星演變周期越短(因為核聚變更劇烈且不穩定)。1,太陽這一類,一般會成為矮星(想像下一下巨大的地球),上面的物質依舊是原子構成的,比如碳、氧、鐵之類的,並且漸漸喪失熱量,最終消失。因為這類恆星是所有恆星中質量最低的,所以其穩定性和演變周期也是最大的,現在的宇宙年齡還不足以形成這類恆星的屍骸:黑矮星,所以這是個未來的東西。至於沒形成之前,則不會有VY那麼大的直徑,密度也比「岩石」大,溫度也高得不會化學反應形成岩石。有趣的是,全宇宙最大的鑽石不是南非出產的,也不是其他行星出產的,而是這類恆星的屍骸(說不定有全是碳元素構成的黑矮星)。
2,如果是雙子星,在演變末期有可能從小夥伴那裡借一點物質苟延殘喘,最終結果和另三種一樣,過程變了點而已。3,大質量的恆星,在恆星死亡前,會經歷一個叫超新星的階段。在這個階段末,超新星爆炸使恆星迎來另兩種結局,這裡說中子星。超新星爆炸將大量物質拋射進宇宙空間,同時受拋射的物質的反作用力,恆星的核心會迅速坍縮。這裡這種情況,若恆星剩餘質量為太陽的1.44到3.2倍,那麼在重力的作用下,剩餘的物質會極度壓縮。壓縮的結果是電子被壓縮進質子形成中子,也就是說,原子的電子軌道消失,構成恆星的最小的粒子是中子。這類行星是中子星。因為原子核(無電子軌道)的體積本來就遠遠小於原子(有電子軌道),(類似足球場與球場中的螞蟻那樣誇張的大小差距)所以,雖然恆星剩下部分的質量很大,但實際上恆星的體積卻很小(因為全是中子,就相當於失去了電子軌道的原子核)。所以,中子星的直徑(還是半徑?)大概只有幾十公里到一百餘公里(中子星同時也是整個宇宙最最標準的球體之一)。4,在3中,比3.2倍太陽質量大的恆星,因為重力太大,物質在變成中子後,依舊無法抗衡重力,物質被繼續壓縮,形成黑洞。無論是中子星,還是黑洞,他們的構成物質都已經超脫原子的範疇,更不可能是岩質的了。到這裡,應該明白為何VY不可能是岩石星體了吧。假設真存在這麼多質量的岩石,這麼多岩石在光堆積在一起的壓力就足夠引發熱核聚變了(下文中有引發核聚變所需要的最低質量數據)。熱核聚變產生的能量足以將所有的岩石分解再分解變成等離子體——也就是實質上的恆星。無論是中子星還是黑洞還是黑矮星,亦或是普通恆星,都不可能是岩石類物質構成的。並且,也不可能是和岩石等密度的物質構成的。
有人會問,按理,黑洞的密度不是該很大嗎?其實不然。
就地球來說,地球的主要質量是我們地面以下的部分,但是,我們計算地球密度時總不會只以地表以下部分計算吧。我們一定會把大氣層和氣體算進去。當然,這對地球來說算不算影響並不大,但對黑洞而言,影響卻十分大。因為,黑洞的這類不在核心區域的類似「大氣層」的區域十分大~大到不可思議。質量一定時,密度與直徑間成三次方的倒數比。也就是說,即使黑洞質量那麼大(恰恰,質量越大,這個類似大氣層的區域越大得離譜),當黑洞質量成一次函數變大時,黑洞體積卻呈三次函數變大,而密度為質量比體積,所以密度會呈二次函數的倒數變小,最後成為比「真空」還「真空」的程度。此外,還有其他因素也是導致黑洞密度的原因。而上面的簡單數學計算只是一個最次要的理由。上面也說了,中子星質量在1.44-3.2太陽質量之間,而大犬座質量則至少25以上。以下引自百科:研究顯示大於13倍木星質量的天體會發生氘核聚變,而大於65倍木星質量的天體會產生鋰聚變,因此恆星的質量不會低於13倍木星質量。也就是說,岩質星體的質量最大也就是13倍木星質量。太陽系中,太陽質量佔總質量99%,那麼可以推算一顆岩質星體和一顆中子星的質量差距了。
那麼,如果真有一顆巨大的岩質星體(比如地球)遇到了一顆中子星,那麼結果是什麼樣的呢?注意措辭,遇上。對,是遇上而不是撞上。因為,在中子星強大的引力面前,不僅星體的運行軌道自轉之類的會被扭轉,在沒有直接接觸之前,岩質星體就會被引力撕碎(引力強行把岩質星體的物質吸引到中子星上)。所以說,「撞上」是不可能的。至於大犬座VY和一顆中子星,大概,大犬座會完全吞噬中子星吧,就和中子星吞噬岩質星體一樣。更新.15.8.1此次主要更新了原子與原子核半價比。中子星的主要構成是密集堆積的中子,相當於全是緊貼著的原子核,普通恆星(比如太陽)的構成是原子。假設恆星的物質是密集堆積的原子(即原子緊貼著原子),那麼同質量下,中子星和普通恆星的體積比約為原子核與原子的體積比。在知網能夠找到這篇文章。原子核與原子的半徑比及體積比之估算、原子核與原子的半徑比及體積比之估算--《化學教育》1994年04期、原子核與原子的半徑比及體積比之估算_CNKI學問如果地球上的物質全是中子構成的,那麼,地球的半價(以6400km估算)只有約640m。由於恆星普遍是等離子體構成的,密度遠低於地球這種「緊密的」固體星球(太陽密度1408千克/立方米,地球密度5507.85kg/立方米),物質堆積也比地球「疏鬆」得多。當然,以上只是用於估算的。並不嚴謹,只是為了直觀感受一下。這裡補充的主要目的是直觀理解為何中子星半徑那麼小而質量那麼大。去掉「岩質」這個數量級BUG,還是挺有意思的。中子星會撞上大犬座VY的內核,一起坍縮成黑洞。至於大質量恆星的內核坍縮成黑洞會發生什麼,貌似至今還沒有定論。超新星?伽馬射線爆發?或者爆發被外層物質遮擋、什麼也看不到?
假如真的出現這種情況,中子星會砸穿地面掉到核心裏面去。
但事實上這是不可能的,大犬座VY那麼大的岩石行星早已經超越了錢德拉塞卡極限,變成黑洞了。只要太陽質量1.4倍以上質量的星體,內部沒有輻射熱源,就一定會收縮成黑洞的。張森前面說的和我想的有點類似,至於「一顆直徑 30 公里的中子星撞上大犬座 VY 那麼大的岩質星球會發生什麼?」,原諒只讀高中,還在高考最容易的廣東的我是這個想法,大犬座 VY 那麼大的岩質星球會直接因萬有引力壓縮成黑洞,即使能燃燒,但是也抵抗不住壓縮,因為密度註定了組成會接近相對分子質量56的鐵,本來就不可能存在
由這個問題我突然腦洞大開想到外星人如果拿中子星當做武器攻擊地球,那是非常恐怖的。。。外星人用蟲洞什麼的把中子星弄到地球附近,由於巨大的萬有引力中子星沖向地球並將地球擊穿。當穿到另一面時,萬有引力再將中子星拉回來再次穿透地球(地球在自轉,所以每次穿透位置都不同)。就這樣反覆擊穿地球,等它的動能消耗完時,地球已經被它砸成馬蜂窩了。。。
誰能幫忙計算下岩質星球不縮塌的最大理論半徑?
其實呢…大犬座VY那麼大體積的恆星…就算是用香蕉做的…在自身的重力的影響下也會塌縮燃燒啊,所以不太可能會有那麼大的岩質星球啦…
因為中子星密度大,所以大犬座VY會被吃掉。
VY規模的岩質行星會在被中子星撞上前形成黑洞,然後把中子星撕成它積吸盤中的一縷
呃 想知道近距離在這個龐然大物前是什麼感覺
我這麼理解的,宇宙無限大,宇宙也無限小。 無限大是我們作為個體,參照宇宙來說,宇宙是無線的大,時間與空間都是無限的。 而另外一方面,宇宙也無限小,為什麼呢,因為我們可能就是一個宇宙,對於我們體內的東西來說,我們有星系,有恆星,有行星,也有生物,可能他們的生命對於我們來說連一眨眼的功夫就沒有了,對於他們來說就是一個漫長的人生(暫且這樣叫吧),而我們自己的壽命七八十年,對於我們來說是普通人的一生,對於以我們為參照物的體內生命來說,就是極其漫長看不到頭的宇宙。你糾結的問題這麼理解,一個細胞與一個細胞核相遇了,會發生什麼情況,結果是,對於這個宇宙來說,屁都不是。
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