浩瀚的宇宙当中有着无数天体，有的光芒万丈，有的气息微弱，它们组成了我们繁星点点的夜空。夜空和这些天体背后蕴含着许多待解的物理问题，比如说宇宙是怎样诞生的？什么是引力？在超高温度或者高密度之下，是否存在新的物质状态？第三个问题就是关于这篇文章的主角——中子星。

中子星的体积虽然不大，但是它是除了黑洞以外密度最大的星体，它是恒星演化到末期经由超新星爆炸产生形成的。中子星的致密性是它最为显著的特点，一般密度可以达到每立方厘米一亿吨以上。

要搞清楚中子星当中是否存在着未知元素的问题，我们先要了解中子星到底是什么，它为什么会被誉为是20世纪60年代天文学的四大发现之一，这颗被定义比黑洞还暴躁的星体，究竟有什么不同寻常的地方？

中子星

中子星从恒星的死亡中诞生，因此大家需要先简单了解恒星的演变。恒星在诞生之后，会经过一段青壮年时期，这期间它们处于相对稳定的状态，内部不断发生着氢聚变反应。

当氢原子完全耗尽之后，内部的氦原子开始进行聚变，这时恒星就步入了老年期，在这期间它的内核逐渐缩小，外部不断膨胀，像一个被吹起的气球。膨胀到一定程度会发生超新星爆发事件。在这种情况下，内部发生塌缩，变成了中子星，还可能会演化成白矮星或者黑洞。

中子星每立方厘米的重量可达1亿吨以上，是目前宇宙中可以观测到的最致密的天体，不具备燃烧核燃料的特质，依靠内部的费米气体简并压来和引力塌缩的力量抗衡。中子星的密度为正常核物质的1～10倍，相当于100万个地球压缩成20千米大小的物体，地球上面所有人类的质量总和大概是中子星的1立方厘米。

更有物理学家给出了形象的比喻，将中子星比作咖啡当中的一块方糖，但是它有十亿吨重，类似于将珠穆朗玛峰压缩成一块方糖的大小。

在这样的密度之下，中子星表面的引力场很强。它的表面有这一层正常物质构成的大气，厚度大约是1到10cm，密度为1到100g/cm3，表面的温度可以达到百万摄氏度，要知道太阳不过才6000摄氏度。

中子星的结构主要分为大气层、地壳和核心，除了前文所说的稀薄大气之外，它的地壳十分坚硬，主要由铁元素构成，由于表面质子和中子的紧密排列，也被科学家称为意大利核面。

从理论上来说这种外壳是坚不可摧的，虽然看上去只是薄薄一层，但是质量却是喜马拉雅山的数倍。核心的物质则是目前无法确定的，也许是质子和中子，也有可能中子在作用之下被融化成了夸克，或者又变成了奇异夸克，我们都不得而知。

中子星还有着高速旋转的特点，每一秒都会旋转很多圈，而且因为致密的特点，它本身的引力极强，因此在表面会产生无线电波，随着中子星一起旋转，然后形成了脉冲，变成了我们常说的脉冲星。它隶属于中子星当中的一类，银河系中至少有2000颗脉冲星的存在。

脉冲星表面的磁场非常强，大约是地球磁场的一千万亿倍，高速旋转之下整个星体不断地向外发送电磁脉冲信号，看起来一闪一闪的，因此也被叫作宇宙中的灯塔。截止目前发现的旋转最快的脉冲星，每秒能转1122圈。

中子星研究历史及模型

大家都知道，宇宙观测学的发展得益于红外望远镜的出现，中子星作为脉冲星也可以被射电红外望远镜观测到。20世纪初期，我们对于原子的认知更进一步，发现原子还是可以分割的，在这种条件之下，物理学家朗道提出设想：恒星收缩坍塌之后的原子核连接在一起，形成了巨核，这一核心以中子物质为基础。他的这一设想就是最早有关中子星的理论。

1934年时，兹维基和巴德就提出了超新星爆发之后产生的残骸中有着诸多中子星的存在，认为中子星是恒星演化的产物。1967年时，贝尔发现了世界上第一颗射电脉冲星，中子星正式从理论变为现实。根据中子星的致密物质状态方程，科学家们分析出了两种常见的中子星模型。

第一种是中子星和混合星，主要构成物质是中子，从表面至内核，密度不断增加。原子核当中95％以上的质子都变成了中子，内部的中子在作用之下结合成为库珀对，变成了流体的状态。中子星的核心部分质量占总质量的90％以上，密度超过了3倍核物质的密度。

第二种是夸克星和奇子星，这类目前尚存在推测当中，现实中并未观测到。指的是星体内部物质由更加基本的夸克或者奇异夸克组成。

致密星中物质的构成单元可能并非夸克，而是类似强子的、带有奇异数的夸克集团。

虽然现在我们观测到的中子星已经有3000多个，但是对其内部的观测还是不够详细，所以在超高温和超高密度之下，强作用力是否会让粒子改变成更多新的状态，形成全新的物质元素一直是科学家们最好奇的事情，这对于我们研究宇宙物质元素的起源也有着重要的作用。

宇宙元素起源

目前对于宇宙起源最常见的说法就是宇宙诞生于一场大爆炸，因此人类在探究宇宙中元素起源时，会将大部分元素归因于这个历史。现代主流宇宙学理论指出，宇宙大爆炸只合成了一些较轻的元素，比如说氢、氦等，由此可见如太阳这样的恒星的主要构成元素都是来自于大爆炸。以此推论，宇宙当中的恒星大部分都源于宇宙大爆炸之后产生的初始物质。

恒星在不断地演化之下会发生超新星爆发，这一场爆炸当中会产生新的天体，如白矮星、中子星等等，甚至会产生黑洞。在这其中会出现一些新的元素，比如铁元素、镍元素等等。

这两种元素相对原始和氢和氦，已经属于重元素了，接着它们会接着进行演化，像中子星的表面就会接着燃烧，这个过程称为弱S-过程，在这期间又合成了58Fe、60Fe、64Ni、65Cu、68Zn等多种元素。

中子星一直备受关注，主要原因是科学家们怀疑它是宇宙当中较重元素的来源，推断中子星在相互吸引不断靠近的作用之下，会发生碰撞，碰撞之后会把质子射入轻元素的原子核当中，从而形成重元素，这些重元素再散布到宇宙中各个地方。

地球上的重金属可能就来源于这里，据分析，这类中子星碰撞之后产生的元素可能在太阳系出现之前就已经有了。像金和铀这一类元素，就是原子核被中子轰击之后膨胀形成的。那么作用如此显著的中子星内部，是否也存在着未知的全新元素呢？

中子星合并事件

2015年9月14日时，天文学家探测到了GW1509714事件，这是由两个质量是太阳30多倍的黑洞合并而产生的的引力波。到了2017年时名为LIGO的合作组又一次发现了引力波的存在，该事件被命名为GW170817，是两颗中子星发生了合并，天文学家精确定位了这一天体，观测到了由蓝变红的千新星信号。

这次合并导致了伽马射线暴，使得中子星再度成为了焦点，人们发现中子星的合并撞击除了能够使得宇宙中产生新物质以外，还会产生大幅度的伽马射线暴，这种现象极其危险。

中子星与伽马射线暴

看过科幻小说《三体》的都知道，其中的歌者文明向太阳系扔了一片二向箔，整个太阳系就变成了一幅图，被完全打回了二维形态。而现实当中的伽马射线暴，作用就类似于这个歌者文明。

截至2015年，人类观测到的伽马射线暴就有2000多次，而伽玛射线暴对于星体上的生命的打击无疑是毁灭性的。比如地球史上发生过的五次生物大灭绝当中的奥陶纪灭绝事件，造成了将近60％物种被灭绝，摧毁了臭氧层和大气层，使得地球步入了冰川时期。

那么中子星和伽马射线暴又有什么关系呢？原来目前对于伽马射线暴的成因有着诸多推测，其中最主流的就是中子星合并或者黑洞合并。因为在中子星发生合并之后，会产生伽玛短暴，这一现象在2005年首次被发现。而前文中提到的2017年中子星合并事件，人们通过仪器观测时捕捉到了其中的伽玛暴辐射，因此可以认定中子星合并可以产生伽玛射线暴。

伽玛暴的观测研究，可以解开宇宙超重元素起源、致密天体形成、中子星物态方程等复杂难题。所以我国已经形成了专门的研究观测队伍，对于我国的伽玛暴观测工作具有推进作用。

结语

如果按照每立方厘米1亿吨的密度来压缩地球，那么地球的直径只有20米左右。可见中子星的超高密度并不是故意夸大。而且由于这种密度产生的超强磁场也是地球磁场的数千亿倍，如果人们靠近中子星就会被它的引力扯碎，人类身体中的水分抗磁性会导致我们的细胞组织发生破裂，然后解体。

所以中子星内部的构造至今还是个谜题，大部分模型都建于我们的猜想之下，而且有了中子星碰撞能够产生重元素的前提，很难说在它的内部，物质会分解到哪一种更为细小的状态，然后再经合成变为新的物质。中子星当中是否蕴藏着我们未知的元素，还是要等待观测研究项目的不断进展，起码在现阶段我们是无法得出答案的。