中子星從誕生到死亡是一個(gè)怎樣過程，壽命有多長(zhǎng)？

要了解中子星，首先要知道天體演化中的兩個(gè)極限，即錢德拉塞卡極限和奧本海默極限，英文縮寫前者為Ch-limit，后者為OV-limit，或Ch與OV。

錢德拉塞卡極限是指白矮星的質(zhì)量上限，為太陽(yáng)質(zhì)量的1.44倍，超過這個(gè)質(zhì)量就無法存在，或炸得尸骨無存，或坍縮成中子星；奧本海默極限是指中子星的質(zhì)量上限，約為太陽(yáng)質(zhì)量的2~2.5倍，大于這個(gè)質(zhì)量就會(huì)坍縮成黑洞。

一般來說，0.8倍到8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，死亡后核心會(huì)留下一顆白矮星；而大于太陽(yáng)質(zhì)量8倍到30倍以內(nèi)的恒星，死亡后核心會(huì)坍縮成一顆中子星；大于太陽(yáng)質(zhì)量30倍的恒星，死亡后將會(huì)直接坍縮成一顆質(zhì)量約3倍太陽(yáng)的黑洞，這種黑洞就叫恒星級(jí)黑洞。

中子星的壽命極長(zhǎng)，從誕生到徹底冷卻成一顆黑中子星，大概需要1億億年到1萬億億年，遠(yuǎn)超目前科學(xué)預(yù)測(cè)的宇宙年齡，因此可稱為“不死”之星。

中子星是中大質(zhì)量恒星死亡時(shí)突然坍縮而成，整個(gè)過程只有幾秒到幾分鐘。伴隨著恒星外圍物質(zhì)的超新星爆發(fā)，核心那個(gè)直徑約2000到3000公里鐵球，在極端的高溫高壓下會(huì)迅速坍縮一顆高致密天體，直徑只有約20公里，質(zhì)量卻高達(dá)太陽(yáng)的1.5倍到2倍，密度約為每立方厘米10億噸。

中子星整個(gè)星球就像一顆大原子核，只不過由90%以上的中子和少量的質(zhì)子、電子組成。由于這個(gè)小小寰球繼承了恒星的角動(dòng)量，因此旋轉(zhuǎn)極快，每秒要轉(zhuǎn)幾十到幾百圈；且磁場(chǎng)極強(qiáng)，達(dá)到地球磁場(chǎng)的數(shù)億到千萬億倍，當(dāng)這些強(qiáng)磁場(chǎng)束隨著轉(zhuǎn)動(dòng)有規(guī)律地掃過地球，被監(jiān)測(cè)到，就是脈沖星。

誕生初期，中子星的溫度極高，核心溫度可達(dá)千億K，表面溫度可達(dá)百萬K，并輻射出強(qiáng)烈的X射線和γ射線。

中子星冷卻過程分為3個(gè)階段，即快速冷卻期、穩(wěn)定冷卻期、緩慢冷卻期

快速冷卻期時(shí)間較短，約在誕生后的第1年到1000年

這個(gè)階段的冷卻機(jī)制為：核心的能量以中微子形式快速流失，表面溫度從100萬K快速降到10萬K，X射線輻射顯著減弱；因磁偶極輻射（強(qiáng)磁場(chǎng)隨自轉(zhuǎn)向外輻射電磁波）損失角動(dòng)量，自轉(zhuǎn)速度會(huì)逐漸減慢，脈沖周期逐漸變長(zhǎng)，但整個(gè)過程變化微小漫長(zhǎng)。

穩(wěn)定冷卻期時(shí)間較長(zhǎng)，約從1000 年開始到10億年

這個(gè)階段的冷卻機(jī)制為：中微子冷卻減弱，轉(zhuǎn)為表面光子輻射（熱輻射主導(dǎo)），冷卻速度大幅變慢；表面溫度穩(wěn)定在1萬到10萬 K，持續(xù)輻射紫外、軟X射線，肉眼不可見；自轉(zhuǎn)繼續(xù)減慢，逐漸從毫秒級(jí)周期變成秒級(jí)周期的普通脈沖星，因磁場(chǎng)越來越減弱，最終輻射束不再掃過地球，成為普通中子星。

極慢冷卻期時(shí)間超長(zhǎng)，約從10億年開始到億億年

這個(gè)階段的冷卻機(jī)制為：僅靠表面光子輻射，能量流失極慢，溫度緩慢下降；自轉(zhuǎn)周期逐漸拉長(zhǎng)到數(shù)秒、數(shù)十秒，最終接近停止自轉(zhuǎn)；磁場(chǎng)隨時(shí)間衰減，從萬億高斯降到1億高斯以下，不再產(chǎn)生脈沖輻射；逐漸成為冷中子星，僅靠殘余熱能輻射微弱紅外、射電信號(hào)，幾乎無法被觀測(cè)。

不過這個(gè)時(shí)候的中子星還算不上真正的死亡，要徹底冷卻為黑中子星，整個(gè)周期需要萬億億年以上

這個(gè)過程是：冷中子星的核心與表面溫度繼續(xù)下降，直到接近宇宙微波背景溫度2.7 K，不再向外輻射可探測(cè)的光子、中微子，成為冰冷、致密、無輻射、無自轉(zhuǎn)、磁場(chǎng)極弱的宇宙化石~黑中子星。

黑中子星的終極命運(yùn)為：中子星內(nèi)質(zhì)子、中子逐漸衰變，質(zhì)量流失，最終坍縮為微型黑洞或消散；若無質(zhì)子衰變，黑中子星將永遠(yuǎn)存在，隨宇宙膨脹逐漸遠(yuǎn)離，成為宇宙中最后的致密天體。

當(dāng)然，中子星還有一種命運(yùn)就是變成黑洞

黑洞則完全宇宙的頂級(jí)終極天體，只能伴隨著宇宙消亡。雖然根據(jù)霍金的黑洞蒸發(fā)理論，黑洞會(huì)隨著質(zhì)量的蒸發(fā)消失殆盡，但這個(gè)蒸發(fā)過程只是量子級(jí)別的，相對(duì)質(zhì)量龐大的黑洞幾乎可以忽略不計(jì)，這種蒸發(fā)的時(shí)間必然伴隨著宇宙消亡。

中子星變成黑洞的條件有三個(gè)：其一，通過緩慢吸積，自身質(zhì)量逐步累積，達(dá)到奧本海默極限；中子星相撞合并達(dá)到奧本海默極限；中子星與其他天體相撞合并達(dá)到奧本海默極限。

中子星達(dá)到奧本海默極限時(shí)，就會(huì)成為瞬間壓垮依靠中子簡(jiǎn)并壓支撐的那根稻草，毫秒間坍縮成黑洞。這個(gè)過程根據(jù)上述“稻草”的條件不一樣，會(huì)伴隨著程度不同的爆發(fā)，其中的絕大多數(shù)質(zhì)量將坍縮成黑洞。

如果這也被算作中子星死亡的話，這種死亡屬于概率化事件，時(shí)間尺度充滿了不確定性。

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