中子星的磁场之谜：为什么不带电的中子会产生超强磁场？

文章来源：万象经验作者：Eugene Wang  

中子星是一种奇特的天体，它们由大质量恒星在死亡时坍缩而成，半径只有几十公里，但质量却相当于太阳的几倍。中子星的密度极高，每立方厘米的质量达到数亿吨。由于巨大的压力，中子星内部的原子被压碎，电子和质子结合成了中子。因此，中子星表面和内部主要由中子构成。

那么，既然中子星都是由不带电的中子组成，为什么它们会有超强的磁场呢？这个问题困扰了许多天文学家和物理学家。目前还没有一个完全确定的答案，但有一些可能的解释。

不同类型的中子星具有不同的磁性。最常见的是脉冲星，这是一种旋转的中子星，从其磁极发射电磁辐射束。当它们旋转时，这些电磁辐射束像灯塔一样扫过天空，产生了可以被地球上的射电望远镜探测到的有规律的脉冲。脉冲星的磁场范围为10^8到10^12高斯(地球磁场约为0.5高斯)。科学家们认为脉冲星从它们的祖先恒星那里继承了它们的磁场。

恒星内部有复杂的流体运动，这些运动在恒星内部产生了电流和磁场。当恒星坍缩成中子星时，它会保持原来恒星的磁通量不变。不过由于它的半径缩小了数千倍，面积大大减小了，磁感应强度就大大增加了。这就像把一个柔软的条形磁铁压扁后两端更容易吸住钉子一样。

然而，并不是所有的中子星都可以用继承磁场来解释。有些磁场更强，需要另一种机制来解释。这些磁场更强的中子星被称为磁星，其磁场在10^14到10^15高斯之间。磁星是非常罕见和神秘的物体，它们会产生强大的x射线和伽马射线爆发，可以在整个星系中探测到。

科学家们认为，磁星通过一种称为发电机效应的过程产生自己的磁场。这一过程涉及到中子星液态核心的湍流运动和对流，液态核心主要由中子组成，但也包含一些质子和电子。这些带电粒子可以产生电流，并通过反馈回路放大现有的磁场。

目前已经发现了约30颗左右的磁星候选体。其中最著名的例子是SGR 1806-20，它在2004年12月27日发生了有史以来最强大的伽马射线暴之一。这次爆发持续了约0.2秒，但释放出了相当于太阳250000年总辐射量的能量。这次爆发对地球产生了一定影响，使得地球上部分电离层扰动，并且使得距离爆发源50000光年外的地球卫星探测器触发安全模式。

除了产生和放大磁场之外，中子星还有一个重要过程就是磁场衰减和消失。这个过程会影响中子星自身和周围环境的演化，并且可能导致中子星停止辐射或变成其他类型的天体。

中子星磁场衰减或消失有多种可能性。其中一种是中子星在高速自转时，会向外辐射电磁波，从而损失能量和角动量。这种辐射会使中子星的自转速度和磁偶极矩（与磁场强度成正比）同时减小。这是最简单和最普遍的磁场衰减机制，一般发生在中子星的前期。

而后期主要是欧姆耗散。当中子星自转时，这些带电粒子会受到洛伦兹力的作用，在晶格中发生微小的位移。这种位移会导致晶格内部产生电阻，从而产生欧姆耗散。此外，还有其他机制使中子星磁场衰减。

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编辑：了之

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原文标题：中子星的磁场之谜：为什么不带电的中子会产生超强磁场？

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