走进不科学

第七百一十四章 目标是星辰大海!(下)(2/2)

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与此同时。

话筒对面的杨振宁亦是陷入了长久的沉默。

见此情形。

徐云很是理解的叹了口气。

当年的奥本海默虽然和沃尔科夫搞出了TOV极限,但他们估计的中子星质量上限只有太阳的0.7倍左右。

而实际上根据后世的观测结果显示,他们所用的状态方程对中子星而言并不理想,出入偏差是很大的。

因为.....

中子星的结构远远没有那么简单,甚至比徐云向杨振宁介绍的都要复杂很多倍。

就像地球外有一层大气一样,中子星最外层也有一层很薄的“大气“。

它主要是由一些轻核,比如氢核,氦核,碳核组成。

然后往内走就是中子星的外壳层,它们密度横跨七个数量级,主要由处于化学平衡的质子,中子和电子(注意到电子开始出现,并将提供巨大的费米压强,这将决定了随着密度增大中子星成分的变化)组成。

更确切的说。

外壳层的顶端还是由原子核和电子组成,不过随着深度的增加,密度不断增大,电子费米能也不断增大,从而更大电荷数的核也不断增加。

从最表面的铁56核,一直到元素周期表的尽头——铁核是核素图上单位核子束缚能最大的核,但是随着密度增大,它不足以提供足够的库伦能约束电子

最终,由核对称能来和电子的费米能竞争。

再往里面走是中子星的内壳层,原子核中过大的中子占比将造成核的不稳定,

它们会相互配对,形成超流相的中子气来试图降低能量。

接下来是中子星的外核了,这是中子星绝大部分的质量来源和半径所覆盖的区域,核物理中的对称能在此决定了其中可能的组分。

这个壳层的密度达到了核物质密度,形成了紧致的均匀中子系统——可能这个才是最符合公众对于中子星的认知的壳层。

这时候壳层的组成还多了缪子,因为电子的费米能不断增大,甚至达到了缪子的静止质量。

然后就是内核,物理界预期会出现带有s夸克的超子(和缪子出现的原因类似),这中间有着名的超子疑难的问题。

除此之外,pi介子和k介子的集体激发会破坏空间宇称,还可能出现介子凝聚等等.....

后世关于高速旋转的中子星...也就是脉冲星还有着所谓的灯塔模型,不过这玩意儿目前似乎也有推导重来的风险。

当时徐云还基于脉冲星的某些性质写了个新书开头,想着下本书发布来着。

结果没想到一年不到使用的理论就快废了,只能说现代理论成果的更新速度确实有点儿快.......

总而言之。

后世对于中子星都了解甚少,更别说如今这个时期的物理学家了。

即便是杨振宁这样的大佬,面对这些概念也显得有些无力。

因此徐云在和杨振宁的交谈过程中很多话都是收着说的,比如脉冲星的各类参数。

后世兔子们的黔省FAST天眼已经探测到了超过800颗,有时一天几个,有时几天一个。(这里推荐一下FAST的官网)

目前观测到最慢的脉冲星周期大概是10秒自转一次,已知最快的脉冲星转速每秒716圈,表面的线速度达到光速的四分之一,编号PSRJ1748-2446ad。

在不自爆身份的情况下。

徐云敢把这个数字说给杨振宁听,这位大佬不以为徐云有精神病都算是心态好的了。

过了足足有三四分钟吧。

杨振宁方才重新拿起电话,对徐云问道:

“......小徐,就算你说的脉冲星真的存在,那么它和引力波探测又有什么关系?”

徐云闻言暗赞了一声不愧是大佬,在这种情况下都能抓住问题的关键——徐云引出脉冲星的目的,可是为了原初引力波来着。

如果脉冲星和原初引力波无关,那么它转的再快也没有意义。

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于是徐云组织了一番语言,继续说道:

“杨先生,您应该知道,根据奥本海默归纳出来的中子星模型,脉冲星会发射很强的双极辐射。”

“假设——我是说假设啊,假设脉冲星的自转轴和磁轴有一定的偏角,那会发生什么事?”

“偏角?”

杨振宁眨了眨眼,思索着说道:

“如果自转轴和磁轴有偏角存在,那么当脉冲星磁轴扫过地球的时候,我们就会接受到一个脉冲信号。”

“而两次脉冲信号的间隔,就等于自转周期.....咦,等等!”

只见杨振宁的声音骤然拔高了几分:

“小徐,你的意思莫非是......”

“如果我们能找到自转周期是毫秒级别的脉冲星,就可以根据自转周期的变化,去探测原初引力波?”

啪!

徐云闻言隔空打了个响指,脸上的表情显得很灿烂:

“没错!”

早先提及过。

如果单纯依靠科技设备,想要探测到原初引力波最少都需要架起比柯伊伯带还大的探测器。

这对于现如今的人类科技水平而言显然是不可能的,不过后世的物理学家却在宇宙中找到了一个天然的引力波探测器。

那就是.....脉冲星。

脉冲星除了转速高之外,更重要的是它的磁场强度也很高。

磁场的衡量单位叫“高斯”,字母表示为Gs。

地球磁场为0.7Gs,就足以抵挡太阳风的侵袭;

木星磁场达到14Gs,是地球的20倍;

太阳磁场极区普遍磁场很低,只有1Gs,但太阳磁场活动性很大,两极喷发时可达1000Gs,日面宁静区磁节点磁场强度也达到上千Gs,黑子爆发磁场可达4000Gs。

这些看起来已经很强的磁场,与中子星磁场比起来完全是小儿科了:

中子星的磁场强度至少在数千亿Gs以上,绝大多数脉冲星表面极区磁场强度都高于亿Gs,甚至高达20万亿Gs。

超高强度的磁场可以为辐射束提供极强的动力,同时从磁极在各个方向中炸出——这些磁极并不总是与脉冲星的旋转轴对齐,就像地球的南北磁极不与我们星球的旋转轴对齐一样。

在这种情况下。

毫秒脉冲星就像具有稳定周期的太空灯塔,当它扫过地球的时候,我们就在射电波段探测到一个脉冲。

我们可以把脉冲到达的时间准确地记录下来,这类脉冲到达时间之间的间隔理论上是恒定不变的,但实际上这些间隔会有极其细微的变化。

导致这些变化有很多因素,已知的就有地球的运动,太阳系天体导致的引力红移,星际介质的变化等等。

物理学家把这些因素包括到我们的模型中,去拟合观测得到的脉冲到达时间,模型预言和实际观测之间的差别称为计时残差。

计时残差就蕴含着没有包括到模型里的物理现象,例如....原初引力波。

引力波导致的脉冲到达时间变化有两个显着的特征:一是相干性,二是四级性。

所谓相干性,指的就是引力波会对所有阵列中的所有脉冲星同步产生影响,而有些效应——如脉冲星星震只会对单个脉冲星的计时产生影响,不同脉冲星之间的星震是没有任何关联的。

四极性则是指引力波的效应在旋转180°的方向上是相同的,在旋转90°和270°的方向上则是相反的。

定性地说。

对于两颗脉冲星,如果它们的相对地球的夹角是0°或180°,它们的计时残差应该是正相关的,反之如果它们的相对地球的夹角是90°,它们的计时残差应该是反相关的。

通过仔细的计算,可以得到相关性随夹角的变化,就是着名的Heiling-Down曲线。

而其它能导致相干性的因素很难具有四极性,因此如果能发现不同脉冲星计时残差间的相关满足Heiling-Down曲线,就能说明探测到了宇宙中的引力波背景。

后世这类【脉冲星探测器】还有个名字,叫做脉冲星计时阵。

兔子们的天眼FAST,就靠着脉冲星计时阵发现了纳赫兹引力波存在的证据。

顺带一提。

目前引力波这块最前沿的成果是已经发现了标量横向极化引力波,这和广相是有点偏离的——爱因斯坦的广义相对论中预言引力波只有张量极化模式。

当然了。

如果就此说广相是错误的或者引力子存在,那倒也有点为时尚早,不过目前这方面还是挺令人期待的。

视线再回归现实。

“脉冲星......”

随后杨振宁仔细思考了一会儿徐云所说的这个思路,发现它确实能够解决自己面临的一大难题。

诚然。

如果只依靠脉冲星计时阵,那么可以探测到的引力波频率也相对有限。

但是.....

如果能将脉冲星计时阵与他设计的空间干涉仪结合在一起,一者在地面接收,另一者在高空探测,那么可以探测的引力波频率就可以降低很多了。

因为引力波是一个可以按幂律建模的物理现象,对于某些测量比较精确的系统,轨道周期的变化率甚至是可以通过广相直接计算出来的。

后世华夏有两个引力波项目,分别叫做太极与天琴。

其中太极是直接和LISA的合作,天琴则是纯国产。

这两个空间引力波探测器的原理之一,就是和国内地面的原初引力波探测站进行联动。

20年12月的时候兔子们还发射了两颗卫星并成功入轨,代号“极目”和“小目”,全名“引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星”,其实就是天琴计划的青春版。

它们联动的地面单位是中科院高能所执行的“阿里计划”,也是兔子们三大引力波探测计划之一。

杨振宁虽然不知道未来的这些事情,但以他的学术能力自然不难判断出这个方案的可行性。

换而言之.....

如今他所要考虑的问题,便是......

“小徐,你对探测脉冲星有什么想法吗?”

听到杨振宁的这个问题。

徐云沉默了一会儿,语气变得略微有点微妙了起来:

“杨先生,不瞒您说,这部分我确实有一些规划,不过具体的项目上可能会与您想的有些出入。”

“出入?”

杨振宁眨了眨眼,不明所以的问道:

“你这是什么意思?”

徐云很快答道:

“我想搞一个大型的宇宙研究基地,脉冲星....只是其中一小块的研究项目。”

杨振宁顿时一怔:

“基地?”

片刻过后。

徐云的声音悠悠从话筒对面传了过来:

“没错,一个大型的宇宙观测、实验基地,名字叫做......”

“红岸。”

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