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为什么天体密度越大,自转速度越快

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前言:

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为什么天体密度越大,自转速度越快

恒星自转速度较慢,恒星残骸自转速度就快多了。恒星寿命晚期的超新星爆发后,剩余质量不大的时候,会形成致密的白矮星。白矮星由电子简并力克服引力,电子与原子核被压迫到较近距离,产生强大的电磁排斥力。密度也因此而很大,是水密度的一百万倍。说明,电子距离原子核的距离,相当于低压力状态下的原子中的电子距离原子核距离的百分之一。这说明在白矮星内部物质的高压状态下,电子已经距离原子核很近了,已经被拉近了99%的距离。

白矮星由于密度很大,也就是原子距离被拉近了99%的距离,因此,整个星球显得很小。但是这些物质却继承了这些物质之前的角动量,在平均力矩减少到之前的百分之一的情况下,角速度提高到之前的百倍,才能完成角动量的继承任务。也许在超新星爆发的时候,这些物质会损失一些角动量,也许全盘继承。如果这些残余物质全盘继承自己之前的角动量,这意味着这些物质的角速度需要平均增加百倍。

因此,天体越致密,体积就越小,为了完成角动量继承任务,角速度就会越大。角速度越大,离心力就越大,如果不是致密天体,客观上会因此而解体。但是致密天体引力作用强大,可以提供足够的向心力,避免天体自转过快而解体的可能性。从这个角度看,非致密天体确实很难自转速度特别快,不然的话,就解体了。

可见,白矮星自转角速度大致就是恒星自转角速度的百倍左右。

中子星更加致密,电子被压入原子核内,原子核整体表现为电中性。原子核之间也相互挤压了,挤压到难以分辨原子核的差异了,整个星球像是应该巨型原子核。由于电中性,像是中子构成的星球,所以称之为中子星。

中子星的密度大致在每立方厘米一亿吨,甚至10亿吨,其数值差异不小,主要看中子星挤压的情况了。中子星表面密度最小,核心区域受到的挤压最大,密度自然也是最大。如此看来,情况比较复杂,会有这样的星球,内部中心区域算是中子星,外层或表层算是白矮星。部分白矮星的中心区域物质密度很大,甚至会达到中子星物质密度水平或处于中子星物质状态。

白矮星密度是每立方厘米一吨,中子星密度高了上亿倍。这意味着中子星的原子核距离相对白矮星的原子核距离又被拉近了99%以上的距离,甚至是拉近了99.8%的距离。如若如此,也太不可思议了。原子是如此空虚啊!原子核是如此之小。原子核本身的尺度只是原子尺度的万分之一到十万分之一。当然,这个尺度是原子核被处于高压下的尺度。如果没有压力,原子核的尺度可能会在原子尺度的万分之一附近。原子核强相互作用力的范围会大一个数量级,原子核作用力的范围并不是原子核的范围,原子核作用力的范围应该在原子尺度的千分之一附近。就是按照原子核强相互作用力的范围,原子也是很空虚的。

按照角动量的继承情况,中子星自转角速度相对白矮星提高两个到三个数量级。此时中子星的强大引力可以满足如此高的角速度,而不至于解体。

最小型的黑洞,体积比中子星还小,自转角速度会比中子星大一些。略大一些的黑洞,自转角速度与中子星类似,再大一些的黑洞,自转角速度会比中子星小。

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