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磁場 科學(xué)家知道了等離子是如何通過中子星的瘋狂磁場爆炸

物理學(xué)家的新計算使我們更加了解物質(zhì)如何落到中子星上，以發(fā)射出強大的X射線爆炸。
磁場 科學(xué)家知道了等離子是如何通過中子星的瘋狂磁場爆炸
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如果足夠的等離子體在引力作用下從雙星伴星吸引到死星，那么它的質(zhì)量足以迫使其穿過中子星強大磁場所形成的屏障，從而到達(dá)中子星大氣層。
這是長期未解決的中子星積聚和X射線耀斑之謎的重要組成部分。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助我們更好地了解等離子體在磁場中的行為——這可能適用于地球上此處的等離子體聚變的發(fā)展。
磁場 科學(xué)家知道了等離子是如何通過中子星的瘋狂磁場爆炸
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普林斯頓等離子體物理實驗室的等離子體物理學(xué)家羅素·庫爾斯魯?shù)拢≧ussell Kulsrud）說：“這項研究始于抽象的問題。”
“來自伴星的物質(zhì)如何突破中子星的強大磁場產(chǎn)生X射線，是什么引起這些場中觀察到的變化？”
中子星是宇宙中最稠密的天體之一。當(dāng)質(zhì)量一定的恒星（介于太陽質(zhì)量的8到30倍之間）到達(dá)其主要序列壽命的末端并死亡時，就會發(fā)生這種情況。
磁場 科學(xué)家知道了等離子是如何通過中子星的瘋狂磁場爆炸
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外層恒星的物質(zhì)在超新星爆炸中被吹走，而恒星的核心在引力作用下坍塌，形成了一個緊湊的超致密的球體，它將在數(shù)百萬年的時間里不再發(fā)光——保持其發(fā)光的唯一要素是余熱。
當(dāng)我們說到天體密度時，黑洞的密度能與中子星媲美（如果前兆恒星的質(zhì)量超過30個太陽質(zhì)量，則黑洞將塌陷）。一個中子星大約是太陽質(zhì)量的1.5倍，堆積在大約10公里（6.2英里）的范圍內(nèi)。
這些極端的天體懸掛在太空中，通常具有比地球強大一萬億倍的磁場。有時，它們由雙星伴星陪伴，距離很近，中子星可以捕獲并從伴星體的大氣中積聚物質(zhì)。
發(fā)生這種情況時，物質(zhì)形成圓盤，向下饋入中子星，并在引力作用下加速時獲取能量。這種能量以X輻射的形式逸出，通常集中在中子星極的圓柱或熱點中。我們知道這種情況會發(fā)生；我們已經(jīng)觀察到了。但是，等離子體如何穿過磁場的問題仍然存在。
庫爾斯魯?shù)陆忉屨f：“當(dāng)新冠大流行開始，每個人都被困在家中時，我決定采用中子星的模型并研究一些問題。”
他和他的同事，德國馬克斯·普朗克天體物理學(xué)研究所的天體物理學(xué)家拉希德·蘇尼亞耶夫（Rashid Sunyaev）進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，以弄清等離子體是固定在磁場上并拖動磁場，還是設(shè)法滑過磁場，使其保持完好無損。
【 磁場|科學(xué)家知道了等離子是如何通過中子星的瘋狂磁場爆炸】根據(jù)他們的計算，是后者。如果下降的等離子體的質(zhì)量足夠高，它將對磁場施加引力。這會在磁場強度中產(chǎn)生級聯(lián)的波動，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定，從而使等離子體無法通過。
一旦等離子體在另一側(cè)，它就會沿著中子星的漏斗狀磁力線輸送到極點，在極點上積聚到中子星上。
根據(jù)該模型，積聚在磁極上的等離子體變得太重而無法支撐在表面上，并沉入中子星內(nèi)部。極點上的附加內(nèi)部壓力會扭曲磁場。隨著時間的流逝，壓力使進(jìn)入的等離子體擴(kuò)散到中子星的整個表面上，從而產(chǎn)生全局X射線。
“中子星表面的附加質(zhì)量會使星體磁場的外部區(qū)域變形。”庫爾斯魯?shù)抡f， “如果您正在觀察恒星，您應(yīng)該看到磁場發(fā)出的輻射將逐漸變化。事實上，這就是我們所看到的。”
研究小組指出，他們的推測不太可能適用于所有中子星，因為他們對不穩(wěn)定性的處理是近似的。但是，這些發(fā)現(xiàn)確實預(yù)測了磁場隨時間變化的形狀以及最終結(jié)果。
在數(shù)萬年的過程中，中子星將以每年約一毫米的速度逐漸增加其質(zhì)量和半徑，最終使其磁場達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
數(shù)學(xué)可以在托卡馬克聚變反應(yīng)堆的開發(fā)中應(yīng)用，該反應(yīng)堆利用磁場限制等離子體。
“盡管這項研究沒有直接應(yīng)用于聚變能的發(fā)展，但物理學(xué)是平行的，”庫爾斯魯?shù)抡f，“通過托卡馬克，世界各地使用的甜甜圈狀聚變設(shè)施進(jìn)行的能量擴(kuò)散，類似于物質(zhì)在中子星磁場中的擴(kuò)散。”

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