中子星的内部看起来熟悉得吓人

H无摩擦流动的中子流体，由质子构成的超导体，以及由奇异原子构成的固体外壳，这些特征使中子星成为迄今为止我们在宇宙中发现的一些最奇怪的物体。它们将恒星的所有质量压缩成一个城市大小的球体，从而形成我们所没有的物质状态地球。

然而，尽管中子星极其怪异，但它们却包含着一堆模糊熟悉的特征，就像是从游乐场的镜子里看到的一样。最奇怪的一个事实是，在中子星的深处，你可以找到一整份（核）面食。

力和密度的差别再大不过了，然而出现的形状却惊人地相似。

意大利面是由质子和中子组成的，在极端的压力下聚集在一起。印第安纳大学的马特·卡普兰(Matt Caplan)和他的同事称之为“核意面”。^1.面食层位于内地壳，是中子星外壳和核心之间的过渡带。在这一层的顶部，原子核形成称为“gnocchi”的斑点。在更深的地方，它们结合在一起形成称为“意大利面条”的圆柱形。压力越大，意大利面条就会压缩成“千层面”：扁平的核物质薄片。然后意大利面转变成“反意大利面”：意大利面薄片形成圆柱形空洞，中子开始泄漏，卡普兰称之为“反意大利面”。最后，当压力足够高时，这些空洞破裂成小气泡，即“反格诺奇”相。

是的，这些都是卡普兰和他的团队发表的论文中使用的术语。一篇论文甚至提到了“核华夫饼”，就像有洞的千层面。^2.

更奇怪的是，核面食与某些生物分子形成的结构相似。这些分子是脂质聚合物，存在于脂肪中。因为它们是由一层亲水层和防水层夹在一起构成的，它们与水环境的相互作用使它们自组装成类似意大利面条和千层面的结构，称为内质网，存在于复杂的（真核）细胞中。

尽管这两套系统在大多数方面都大不相同，但它们之间的相似性却是惊人的。核面食的密度大约是细胞内部的100万亿倍，也就是10倍¹⁴，或者是一个1后面跟着14个0。中子星中的力是强电磁力和核力;细胞受较弱的分子电力和水的微观特性控制。就连构成材料也各不相同:核面食的原料是质子和中子，而内质网是由串在一起的长分子链组成的。

卡普兰说：“他们的共同点是希望尽量减少表面能。”想象一下国际空间站上的肥皂泡或水花：它们大致呈球形。这是因为表面力将分子聚集在一起形成球体，而球体表面的能量最低。产生核面团和内质网的力并不是对称的，而不是对称的虽然千层面和周围物质之间相互吸引和排斥的相互作用是相互矛盾的，但物理定律仍在发挥作用，并希望将所涉及的能量降到最低。结果是中子星地壳或细胞内部的水状结构中出现了斑点、折叠片和空洞。力和密度无法计算虽然没有太大的不同，但出现的形状却惊人地相似。

“你必须了解地壳，否则你什么都不懂。”

另一个惊人的相似之处解释了为什么科学家们一开始就对核意面如此感兴趣。意大利面层夹在中子星坚硬的外壳和超流体内部之间。在反汤团层下面，几乎每个质子都与一个电子结合形成中子，这标志着内壳的边界。下面是中子星核，这是一种中子超流体:一种没有任何阻力流动的液体。(研究人员认为地球也有一个内核，但它到底是如何工作的还存在一些争议。)核面位于自由流动的中子流体和坚硬的铁外壳之间，是非常不同区域之间的界面。

这就像地球上的塑料一样，位于流动的熔融的外核和固体地壳之间。地球的地幔是理解地震的关键，而中子星的意面层是描述宇宙中最剧烈的应力释放之一:星震的关键。

阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)的中子星天文学家安娜·沃茨(Anna Watts)说:“如果发生了一场震级非常大的地震，地震学家既能探测到地壳的初始破裂，也能探测到地球内部反弹的地震波。”类似地，“星震成为一件相当有趣的事情，因为它们有效地让你通过观察恒星的反应来窥视[中子星]内部。”正如地震让研究人员发现了地核的存在和本质一样，星震震动贯穿整个中子星内部。^3.地壳上发生的事情不会停留在那里：固体晶体的破碎将振动通过面食层传递到内核，反过来又会反馈到地壳的行为。但我们间接观察到的是地壳破裂和改造的方式。“当你观察中子星时，你看到的是地壳，”卡普兰说。“你必须了解地壳，否则你什么也不懂。”

事实上，中子星发生地震时，从地球上看最清楚。中子星太小，无法直接观测到，但有一些具有极强的磁场，因此被称为磁星。这些可能是最年轻的中子星，它们强大的磁场产生的空间天气与我们在太阳风暴期间从太阳上看到的相似——尽管高达11。磁场不喜欢紧密地聚集在一起，所以它们“重新组合”，结合在一起并释放出巨大的能量。其结果是磁星地壳的破裂，一场巨大的地震和伽马射线的爆发。

“非常明亮的伽玛射线最初的闪光往往会把任何正在观测它的卫星烧焦，”瓦茨说——尽管望远镜不一定要正对着磁星才能看到这些爆发。对卫星来说是幸运的，但对科学家来说是不幸的，像这样的伽马射线耀斑非常罕见:自从我们有设备观测到它们以来，只发生过三次。

但这就是我们从地球上看到的:来自中子星的伽马射线和其他光线。利用观察、理论和计算机模拟的神奇结合，我们可以追溯出星震的爆发——以及断裂地壳和流体核之间的意大利面层。

了解核面不仅能帮助我们了解地壳破裂时的星震，还能揭示中子星核心的一些神秘动力学。中子星的核心是一个惊人的发电机，产生我们所知道的最强烈的磁场。这些磁场一定是由移动的电荷产生的，但是发电机的确切性质是未知的。这是因为，由于涉及到的巨大压力，几乎有关中子星核的一切都无法在地球上进行实验。研究人员也没有一个清晰的理论图像，将核心物质的压力与其密度和温度联系起来，这将让我们描述所有有用的东西，比如中子星的大小。核心深处物质的搅动对于理解整个中子星至关重要，而意面层是未知属性和可观测属性之间的联系。

在本质上，中子星并不是第一个跨越巨大不同的尺度和材料的形状相似的例子。被称为孤子的异常持久波可以在超导电线和海洋中看到，冲击波前沿发生在光年范围的星系和微小的水气泡中，漩涡是从龙卷风到磁场的一切特征。持久型的概念至少可以追溯到柏拉图蒂迈欧篇对话，在那里，一个神工，或神工，邮票形状进入物质世界从永恒不变的模式。哲学家和科学家已经发现了一个中子星的奇怪回声不仅常见，而且是意料之中的世界。

马修·r·弗朗西斯是一位物理学家、科学作家、演说家和教育家。

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工具书类

1.核合成:核统计平衡的分子动力学模拟。物理评论C91065802(2015)。

2.施耐德，a.s.，贝瑞，d.k.，布里格斯，c.m.，卡普兰，m.e.，和霍洛维茨，C.J.核“华夫饼”。物理评论C90055805(2014)。

3.登陆器，s.k.， Andersson, N.， Antonopoulou, D.， & Watts, A.L.中子星磁驱动的地壳地震。《皇家天文学会月刊》449, 2047-2058 (2015).

*经Schneider，A.S.，Horowitz，C.J.，Hughto，J.，和Berry，D.K.许可转载的图像。核“面食”形成.物理评论C88065807(2013)。版权由美国物理学会2015年。