中子星
zhōng zǐ xīng
中子星是超新星爆发后留下的坍缩核心，把比太阳还多的质量压缩进一个直径约二十千米的球体中。
Definition
中子星是一颗巨星发生超新星爆发后留下的、被压碎的核心残骸：直径只有约 $20$ 千米，大约相当于一座城市的大小，质量却超过太阳。引力把其中的质子和电子挤压结合成了中子，把约 $1.4$ 个太阳质量塞进了这个微小的球体中；由于原恒星的自转被保留在了如此小得多的天体中，年轻的中子星每秒可以自转数百圈。中子星靠中子简并压和核力的斥力来支撑自身，其中心密度超过原子核密度，约为 $10^{17}$ 到 $10^{18}\ \text{kg/m}^3$。中子星的质量范围约为 $1.2$ 到 $2$ 至 $2.5$ 个太阳质量之间，超过这一上限就必然会坍缩成黑洞；角动量和磁通量的守恒，使中子星具有毫秒级的自转速度和 $10^8$ 到 $10^{15}\ \text{T}$ 的磁场强度。
Example
一块方糖大小的中子星物质，拿到地球上大约会重达十亿吨，比一座山还要重。蟹状星云中的脉冲星每秒自转约 $30$ 次，每转一圈就像灯塔一样把一道辐射光束扫过地球；第一颗脉冲星是乔丝琳·贝尔·伯内尔在1967年发现的。如果太阳的核心在角动量守恒的情况下，从半径 $10^5\ \text{km}$ 坍缩到 $10\ \text{km}$，其自转速率就会提高 $(10^5/10)^2 = 10^8$ 倍，原本一个月转一圈，会变成每秒转数百圈。
Key Insight
中子星就像一个巨大的原子核，只不过维系它的不是核力，而是引力，其表面重力约为地球的 $1000$ 亿倍。脉冲星的自转周期极其规律，因此可以当作精密的时钟使用。2017年探测到的两颗中子星合并引力波事件（GW170817），随后又观测到了同一事件发出的光，这证实了这类合并会锻造出黄金、铂等重元素，因此中子星不仅仅是恒星的残骸，更是一座元素工厂。