第七百一十四章 目標是星辰大海!(下)(2 / 2)

走進不科學 新手釣魚人 16231 字 11個月前

與此同時。

話筒對麵的楊振寧亦是陷入了長久的沉默。

見此情形。

徐雲很是理解的歎了口氣。

當年的奧本海默雖然和沃爾科夫搞出了tov極限,但他們估計的中子星質量上限隻有太陽的0.7倍左右。

而實際上根據後世的觀測結果顯示,他們所用的狀態方程對中子星而言並不理想,出入偏差是很大的。

因為

中子星的結構遠遠沒有那麼簡單,甚至比徐雲向楊振寧介紹的都要複雜很多倍。

就像地球外有一層大氣一樣,中子星最外層也有一層很薄的“大氣“。

它主要是由一些輕核,比如氫核,氦核,碳核組成。

然後往內走就是中子星的外殼層,它們密度橫跨七個數量級,主要由處於化學平衡的質子,中子和電子注意到電子開始出現,並將提供巨大的費米壓強,這將決定了隨著密度增大中子星成分的變化組成。

更確切的說。

外殼層的頂端還是由原子核和電子組成,不過隨著深度的增加,密度不斷增大,電子費米能也不斷增大,從而更大電荷數的核也不斷增加。

從最表麵的鐵56核,一直到元素周期表的儘頭——鐵核是核素圖上單位核子束縛能最大的核,但是隨著密度增大,它不足以提供足夠的庫倫能約束電子

最終,由核對稱能來和電子的費米能競爭。

再往裡麵走是中子星的內殼層,原子核中過大的中子占比將造成核的不穩定,

它們會相互配對,形成超流相的中子氣來試圖降低能量。

接下來是中子星的外核了,這是中子星絕大部分的質量來源和半徑所覆蓋的區域,核物理中的對稱能在此決定了其中可能的組分。

這個殼層的密度達到了核物質密度,形成了緊致的均勻中子係統——可能這個才是最符合公眾對於中子星的認知的殼層。

這時候殼層的組成還多了繆子,因為電子的費米能不斷增大,甚至達到了繆子的靜止質量。

然後就是內核,物理界預期會出現帶有s誇克的超子(和繆子出現的原因類似),這中間有著名的超子疑難的問題。

除此之外,pi介子和k介子的集體激發會破壞空間宇稱,還可能出現介子凝聚等等

後世關於高速旋轉的中子星.也就是脈衝星還有著所謂的燈塔模型,不過這玩意兒目前似乎也有推導重來的風險。

當時徐雲還基於脈衝星的某些性質寫了個新書開頭,想著下本書發布來著。

結果沒想到一年不到使用的理論就快廢了,隻能說現代理論成果的更新速度確實有點兒快

總而言之。

後世對於中子星都了解甚少,更彆說如今這個時期的物理學家了。

即便是楊振寧這樣的大佬,麵對這些概念也顯得有些無力。

因此徐雲在和楊振寧的交談過程中很多話都是收著說的,比如脈衝星的各類參數。

後世兔子們的黔省ast天眼已經探測到了超過800顆,有時一天幾個,有時幾天一個。這裡推薦一下ast的官網

目前觀測到最慢的脈衝星周期大概是10秒自轉一次,已知最快的脈衝星轉速每秒716圈,表麵的線速度達到光速的四分之一,編號psrj17482446ad。

在不自爆身份的情況下。

徐雲敢把這個數字說給楊振寧聽,這位大佬不以為徐雲有精神病都算是心態好的了。

過了足足有三四分鐘吧。

楊振寧方才重新拿起電話,對徐雲問道:

“.小徐,就算你說的脈衝星真的存在,那麼它和引力波探測又有什麼關係?”

徐雲聞言暗讚了一聲不愧是大佬,在這種情況下都能抓住問題的關鍵——徐雲引出脈衝星的目的,可是為了原初引力波來著。

如果脈衝星和原初引力波無關,那麼它轉的再快也沒有意義。

於是徐雲組織了一番語言,繼續說道:

“楊先生,您應該知道,根據奧本海默歸納出來的中子星模型,脈衝星會發射很強的雙極輻射。”

“假設——我是說假設啊,假設脈衝星的自轉軸和磁軸有一定的偏角,那會發生什麼事?”

“偏角?”

楊振寧眨了眨眼,思索著說道:

“如果自轉軸和磁軸有偏角存在,那麼當脈衝星磁軸掃過地球的時候,我們就會接受到一個脈衝信號。”

“而兩次脈衝信號的間隔,就等於自轉周期咦,等等!”

隻見楊振寧的聲音驟然拔高了幾分:

“小徐,你的意思莫非是”

“如果我們能找到自轉周期是毫秒級彆的脈衝星,就可以根據自轉周期的變化,去探測原初引力波?”

啪!

徐雲聞言隔空打了個響指,臉上的表情顯得很燦爛:

“沒錯!”

早先提及過。

如果單純依靠科技設備,想要探測到原初引力波最少都需要架起比柯伊伯帶還大的探測器。

這對於現如今的人類科技水平而言顯然是不可能的,不過後世的物理學家卻在宇宙中找到了一個天然的引力波探測器。

那就是.脈衝星。

脈衝星除了轉速高之外,更重要的是它的磁場強度也很高。

磁場的衡量單位叫“高斯”,字母表示為gs。

地球磁場為0.7gs,就足以抵擋太陽風的侵襲;

木星磁場達到14gs,是地球的20倍;

太陽磁場極區普遍磁場很低,隻有1gs,但太陽磁場活動性很大,兩極噴發時可達1000gs,日麵寧靜區磁節點磁場強度也達到上千gs,黑子爆發磁場可達4000gs。

這些看起來已經很強的磁場,與中子星磁場比起來完全是小兒科了:

中子星的磁場強度至少在數千億gs以上,絕大多數脈衝星表麵極區磁場強度都高於10000億gs,甚至高達20萬億gs。

超高強度的磁場可以為輻射束提供極強的動力,同時從磁極在各個方向中炸出——這些磁極並不總是與脈衝星的旋轉軸對齊,就像地球的南北磁極不與我們星球的旋轉軸對齊一樣。

在這種情況下。

毫秒脈衝星就像具有穩定周期的太空燈塔,當它掃過地球的時候,我們就在射電波段探測到一個脈衝。

我們可以把脈衝到達的時間準確地記錄下來,這類脈衝到達時間之間的間隔理論上是恒定不變的,但實際上這些間隔會有極其細微的變化。

導致這些變化有很多因素,已知的就有地球的運動,太陽係天體導致的引力紅移,星際介質的變化等等。

物理學家把這些因素包括到我們的模型中,去擬合觀測得到的脈衝到達時間,模型預言和實際觀測之間的差彆稱為計時殘差。

計時殘差就蘊含著沒有包括到模型裡的物理現象,例如原初引力波。

引力波導致的脈衝到達時間變化有兩個顯著的特征:一是相乾性,二是四級性。

所謂相乾性,指的就是引力波會對所有陣列中的所有脈衝星同步產生影響,而有些效應——如脈衝星星震隻會對單個脈衝星的計時產生影響,不同脈衝星之間的星震是沒有任何關聯的。

四極性則是指引力波的效應在旋轉180°的方向上是相同的,在旋轉90°和270°的方向上則是相反的。

定性地說。

對於兩顆脈衝星,如果它們的相對地球的夾角是0°或180°,它們的計時殘差應該是正相關的,反之如果它們的相對地球的夾角是90°,它們的計時殘差應該是反相關的。

通過仔細的計算,可以得到相關性隨夾角的變化,就是著名的heilingdown曲線。

而其它能導致相乾性的因素很難具有四極性,因此如果能發現不同脈衝星計時殘差間的相關滿足heilingdown曲線,就能說明探測到了宇宙中的引力波背景。

後世這類脈衝星探測器】還有個名字,叫做脈衝星計時陣。

兔子們的天眼ast,就靠著脈衝星計時陣發現了納赫茲引力波存在的證據。

順帶一提。

目前引力波這塊最前沿的成果是已經發現了標量橫向極化引力波,這和廣相是有點偏離的——愛因斯坦的廣義相對論中預言引力波隻有張量極化模式。

當然了。

如果就此說廣相是錯誤的或者引力子存在,那倒也有點為時尚早,不過目前這方麵還是挺令人期待的。

視線再回歸現實。

“脈衝星”

隨後楊振寧仔細思考了一會兒徐雲所說的這個思路,發現它確實能夠解決自己麵臨的一大難題。

誠然。

如果隻依靠脈衝星計時陣,那麼可以探測到的引力波頻率也相對有限。

但是

如果能將脈衝星計時陣與他設計的空間乾涉儀結合在一起,一者在地麵接收,另一者在高空探測,那麼可以探測的引力波頻率就可以降低很多了。

因為引力波是一個可以按冪律建模的物理現象,對於某些測量比較精確的係統,軌道周期的變化率甚至是可以通過廣相直接計算出來的。

後世華夏有兩個引力波項目,分彆叫做太極與天琴。

其中太極是直接和lisa的合作,天琴則是純國產。

這兩個空間引力波探測器的原理之一,就是和國內地麵的原初引力波探測站進行聯動。

20年12月的時候兔子們還發射了兩顆衛星並成功入軌,代號“極目”和“小目”,全名“引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星”,其實就是天琴計劃的青春版。

它們聯動的地麵單位是中科院高能所執行的“阿裡計劃”,也是兔子們三大引力波探測計劃之一。

楊振寧雖然不知道未來的這些事情,但以他的學術能力自然不難判斷出這個方案的可行性。

換而言之.

如今他所要考慮的問題,便是

“小徐,你對探測脈衝星有什麼想法嗎?”

聽到楊振寧的這個問題。

徐雲沉默了一會兒,語氣變得略微有點微妙了起來:

“楊先生,不瞞您說,這部分我確實有一些規劃,不過具體的項目上可能會與您想的有些出入。”

“出入?”

楊振寧眨了眨眼,不明所以的問道:

“你這是什麼意思?”

徐雲很快答道:

“我想搞一個大型的宇宙研究基地,脈衝星隻是其中一小塊的研究項目。”

楊振寧頓時一怔:

“基地?”

片刻過後。

徐雲的聲音悠悠從話筒對麵傳了過來:

“沒錯,一個大型的宇宙觀測、實驗基地,名字叫做”

“紅岸。”

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