白矮星[1]（White Dwarf）是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。白矮星体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积和地球相当，但质量却和太阳差不多。一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一半的大小。在太阳附近的区域内已知的恒星中大约有6%是白矮星。[2]

特 点呈白色、体积比较矮小

外文名White dwarf

类 别恒星

特 质低光度、高密度、高温度

中文名白矮星

密 度1000万吨/立方米左右

亮 度240000000cd/m 2

表面温度约100,000 K（99800摄氏度）

质 量2.213248万亿吨

目录

1星球简介

2知识延伸

3相关特点

4星球特征

5星球形成

6星球现象

7星球发现

8太阳演变

9相关新闻

1 星球简介

定义

白矮星：[3]也称为简并矮星。一种由电子之间不相容原理排斥力所支持的稳定恒星，是由电子简并物质构成的小恒星。

表面重力

根据白矮星的半径和质量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万－10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电子。

形成过程

当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。

经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混合物，而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。

2 知识延伸

原子

我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小像一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。

白矮星是一种很特殊的天体，它的体积小、亮度低，但质量大、密度极高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度在1000万吨/立方米左右。

自由电子

而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。于是电子脱离了原子轨道变为自由电子。

电子简并态

一般把物质的这种状态叫做“电子简并态”。电子简并压与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，电子简并压就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。对单星系统而言，由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过数千亿年的漫长岁月，年老的白矮星将渐渐停止辐射而死去。它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。

而对于多星系统，白矮星的演化过程则有可能被改变（例如双星）。

3 相关特点

白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期，抛射出大量的物质，经过大量的质量损失后，如果剩下的核的质量小于1．44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为，白矮星的前身可能是行星状星云（是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质，它的中心通常都有一个温度很高的恒星──中心星）的中心星，它的核能源已经基本耗尽，整个星体开始慢慢冷却、晶化，直至最后“死亡”。

白矮星，也称为简并矮星，是由电子简并物质构成的小恒星。它们的密度极高，一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小，微弱的光度则来自过去储存的热能。在太阳附近的区域内已知的恒星中大约有6%是白矮星。这种异常微弱的白矮星大约在1910年就被亨利·诺瑞斯·罗素、艾德华·查尔斯·皮克林和威廉·佛莱明等人注意到，p. 1白矮星的名字是威廉·鲁伊登在1922年取的。白矮星被认为是低质量恒星演化阶段的最终产物，在我们所属的星系内97%的恒星都属于这一类。

中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段，结束以氢融合反应之后，将在核心进行氦融合，将氦燃烧成碳和氧的3氦过程，并膨胀成为一颗红巨星。如果红巨星没有足够的质量产生能够让碳燃烧的更高温度，碳和氧就会在核心堆积起来。在散发出外面数层的气体成为行星状星云之后，留下来的只有核心的部份，这个残骸最终将成为白矮星。因此，白矮星通常都由碳和氧组成。但也有可能核心的温度可以达到燃烧碳却仍不足以燃烧氖的高温，这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。同样的，有些由氦 组成的白矮星是由联星的质量损失造成的。

白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此恒星不再有能量产生，也不再由核融合的热来抵抗重力崩溃；它是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。物理学上，对一颗没有自转的白矮星，电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量，也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量，通常经由伴星的质量传递，可能经由所知道的碳引爆过程爆炸成为一颗Ia超新星。

白矮星形成时的温度非常高，但是因为没有能量的来源，因此将会逐渐释放它的热量并解逐渐变冷 (温度降低)，这意味着它的辐射会从最初的高色温随着时间逐渐减小并且转变成红色。经过漫长的时间，白矮星的温度将冷却到光度不再能被看见，而成为冷的黑矮星。但是，现在的宇宙仍然太年轻 (大约137亿岁)，即使是最年老的白矮星依然辐射出数千度K的温度，还不可能有黑矮星的存在 。

4 星球特征

在轨道上环绕著天狼星的白矮星(艺术想像图)

（1）体积小，它的半径接近于行星半径，平均小于10的3次方千米。

（2）光度（恒星每秒钟内辐射的总能量，即恒星发光本领的大小）非常小，是正常恒星平均的10的3次方分之一。

（3）质量小于1．44个太阳质量。

（4）白矮星密度高达1，000，000 g/cm3（地球密度为5.5g/cm3），一颗与地球体积相当的白矮星（比如说天狼星的邻星Sirius B）的表面重力约等于地球表面的18万倍。假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来，因为在它上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。

（5）白矮星的表面温度很高，平均为10的3次方℃。

（6）白矮星的磁场高达10的5次方--10的7次方高斯

目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星(Sirius)的伴星是第一颗被人们发现的白矮星，也是所观测到的最亮的白矮星（8等星）。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3％的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10％左右。

我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。

而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。

一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。

白矮星是恒星演化末期产生的天体。这些恒星不能维持核聚变反应，所以在经过氦（He）闪进化到红巨星阶段之后，他们会将外壳抛出形成行星状星云，而留下一个核聚变产生的的高密度核心，即白矮星。

由于缺乏能量的来源，白矮星会逐步释放热能而发光而冷却。其核心靠电子的斥力对抗重力，其密度可达每立方厘米十吨。电子斥力不足以支持超过1.4倍太阳质量的白矮星，外壳的重力会进一步使恒星塌缩成中子星或者黑洞。这个过程中经常伴随着超新星爆发。

释放能量会造成恒星逐步冷却，表面温度逐渐降低，恒星的颜色也会随之变化。经过数千亿年之后，白矮星会冷却到无法发光，成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄（150亿年）不足以使任何白矮星演化到这一阶段。

5 星球形成

白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量（产生比铁还重的元素不能产生能量，而需要吸收能量）。恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。

一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量，比地球略大。这种密度仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中子星。

大部分恒星的演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大的恒星也可能最终演化成白矮星。

双星或者多星系统中，由于星际物质的交换，恒星的演化过程可能与单独的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星，但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。

据美国宇航局太空网报道，一颗死亡恒星上发生热核爆炸，导致它周围的一个不断膨胀的太空泡形成花生形状。产生了这种与众不同的奇特景观的是一对上了年纪的恒星，这两颗恒星中，一颗是白矮星，一颗是红巨星，它们都位于蛇夫座星群里，两颗星构成的星群被称作RS Oph。天文学家非常形象地模拟了这个双瓣花生结构的物质正在以每秒621-1864英里(约1000-3000公里)的速度向外扩展。

英国利物浦约翰摩尔大学的天体物理学研究员维拉洛·利贝尔沃说：“有些天文学家认为，像这样一个体系，最终将爆炸成一颗超新星。”那颗白矮星象征着一颗地球大小的死亡恒星，它在不断从红巨星的外层“吸取”氢含量丰富的气体。每隔20年或者更长时间，这种气体结构最终会像氢弹不受控制的核变反应一样，引发大规模爆炸。RS Oph在热核爆炸过程中向外界释放的能量，相当于太阳在相同事件中向外界释放的能量的100000倍，并以每秒数百英里的速度喷射出质量相当于地球质量的大量物质。

那颗红巨星是一颗发生膨胀后的晚年恒星，它的时日已经不多。研究人员指出，该红巨星产生的风，是导致这个不断扩大的星云形成奇特形状的主因。红巨星产生的风经常会迫使周围的物质聚集到两颗恒星的轨道平面上，留在极地的物质很少。爆炸发生后，爆发产生的高速物质撞上轨道平面上的气体，速度放慢下来，但是那些向极区喷射的物质，会继续以很高的速度前进，这样就形成了双瓣花生形状。 　　

6 星球现象

在大约1，600光年远的一个叫做J0806的非常著名的双星系统里，两个致密的白矮星每321秒绕各自的轨道旋转一周。钱德拉天文台天文学家的X射线波段数据分析反驳了一个已经给人留下深刻印象的观点：这两颗白矮星的短轨道周期处于一种稳定的状态，当他们的螺旋凑的越近，他们的周期越短。即使它们是分开有80，000公里的两个星(地球与月亮的距离是 400，000 公里)，它们也注定要合并的。根据这个艺术家般的观点描述，著名的J0806系统螺旋毁灭的原因便是同爱因斯坦相对论中预言的那样：白矮星由于重力波产生的影响而最终丧失它的轨道能量。事实上，J0806可能是我们银河系重力波最明亮的光源之一，可以直接利用未来设立在太空的重力波工具捕获。

这两颗白矮星会很快碰撞合并在一起，如果质量足够大，就会演变成中子星； 如果质量不到1.4倍太阳的质量，那么合并成一个“大的”白矮星。

7 星球发现

1892年，Alvan Graham Clark发现了天狼星的伴星。根据对恒星数据的分析，这个伴星的质量约一个太阳质量，表面温度大约25000K，但是其光度大约是天狼星的万分之一，所以根据光度和表面积的关系，推断出其大小与地球相当。这样的密度是地球上的物质达不到的。1917年，Adriaan Van Maanen发现了目前已知离太阳最近的白矮星Van Maanen星。

在二十世纪初由Max Planck等人发展出量子理论之后，Ralph H. Fowler于1926年建立了一个基于费米-狄拉克统计的解释白矮星的密度的理论。

1930年，苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡发现了白矮星的质量上限（钱德拉塞卡极限），并因此获得1983年的诺贝尔物理学奖。

8 太阳演变

现在的太阳上，绝大多数的氢正逐渐燃烧转变为氦，可以说太阳正处于最稳定的主序星阶段。对太阳这样质量的恒星而言，主序星阶段约可持续110亿年。恒星由于放出光而慢慢地在收缩，而在收缩过程中，中心部分的密度就会增加，压力也会升高，使得氢会燃烧得更厉害，这样一来温度就会升高，太阳的亮度也会逐渐增强。太阳自从45亿年前进入主序星阶段到现在，太阳光的亮度增强了30%，预计今后还会继续增强，使地球温度不断升高。65亿年后，当太阳的主序星阶段结束时，预计太阳光的亮度将是现在的2.2倍，而地球的平均温度要比现在高60℃左右。届时就算地球上仍有海水，恐怕也快被蒸发光了。若仅从平均温度来看，火星反而会是最适宜人类居住的星球。在主序星阶段，因恒星自身引力而造成收缩的这股向内的力和因燃烧而引起的向外的力会互相牵制而达到平衡。但在65亿年后，太阳中心部分的氢会燃尽，最后只剩下其周围的球壳状部分有氢燃烧。在球壳内不再燃烧的区域，由于抵消引力的向外的力减弱而开始急速收缩，此时太阳会越来越亮，球壳外侧部分因受到影响而导致温度升高并开始膨胀，这便是另一个阶段－－红巨星阶段的开始。红巨星阶段会持续数亿年，其间太阳的亮度会达到现在的2000倍，木星和土星周围的温度也会升高，木星的冰卫星以及作为土星特征的环都会被蒸发得无影无踪，最后，太阳的外层部分甚至会膨胀到现在的地球轨道附近。

另一方面，从外层部分会不断放出气体，最终太阳的质量会减至主序星阶段的60%。因太阳引力减弱之故，行星开始远离太阳。当太阳质量减至原来的60%时，行星和太阳的距离要比现在扩大70%。这样一来，虽然水星和金星被吞没的可能性极大，但地球在太阳外层部分到达之前应该会拉大距离而存活下来，火星和木星型行星(木星，土星，天王星，海王星)也会存活下来。

像太阳这般质量的星球，在其密度已变得非常高的中心部分只会收缩到一定程度，也就是温度只会升高到某种程度，中心部分的火会渐渐消失。太阳逐渐失去光芒，膨胀的外层部分将收缩，冷却成致密的白矮星。通过红巨星时代考验而存留下来的行星将会继续围绕太阳运行，所有一切都将被冻结，最后太阳系迎接的将会是寂静状态的结束。

若太阳这种恒星变为白矮星，每秒自转一周。密度至少为1.41*10^11 kg/m^3

第一宇宙速度约为7.9*10^3m/s

9 相关新闻

任何一颗恒星都要面对生命终结的那一刻，毫无疑问，那将是一个真正的末日场景。在四十亿至五十亿年之后，我们的太阳也将消耗尽所有的燃料，届时会演化成一个臃肿的红巨星，在这个阶段太阳将会变得异常巨大，位于轨道内侧的行星会被火球吞噬，地球也未能幸免。此后太阳质量将大幅度降低，周围瓦解成行星状星云。

最后留下一颗体积与地球相当的白矮星，而位于太阳系内侧的行星在红巨星阶段被火球吞噬后，潮汐力的作用也将彻底摧毁火星轨道以内幸存的行星，它们变成一团巨大的尘埃或者碎片云继续坠入太阳核心。

目前，隶属于美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜获得了关于这幅末日景象的观测数据，来自沃里克大学的天文学家们发现了四颗处于低质量恒星生命最后阶段的白矮星在它们的外层大气中包裹着行星状尘埃云，为我们提供了难得一见的太阳系未来将面对“末日景象”。

被一团行星状星云围绕的白矮星是一种较为奇特的天文现象，中低质量的恒星如太阳在演变成红巨星之后，无法维持较高的温度以供氢和碳继续燃烧，位于最外层的气体将会逐渐变成行星状星云，而内部的一小颗如地球大小的物体就是燃烧剩下的残骸，也就是白矮星。在这样极为恐怖的恒星末日中，伴随出现的极端潮汐力和动力学上的不稳定性足以粉碎处于内侧轨道上的行星。而这四颗新发现的白矮星例子便是我们太阳系在未来数十亿年后必然将经历的场景。

科学家对这四颗白矮星进行了大气分析，发现它们都存在氧、镁、铁以及硅元素，值得一提的是，这些元素都是白矮星周围各种岩质行星的基本组成元素，更有趣的是，这四种元素在地球上占到了93%。除了这些关键性的元素外，科学家还探测到碳元素在其中只占到较少的比例，这点与太阳系内岩质行星的碳元素比例相符。这同时也是首次在白矮星周围的行星状尘埃碎片中检测到相似比例的碳元素含量。

虽然“类地行星”这个天文学上专有术语常常在一些系外行星探索的研究或者报道中被错误使用，但是沃里克大学的天文学家们敏锐地意识到在白矮星周围发现这些元素意味着什么。我们地球大部分的质量由铁、氧、硅以及镁元素构成，而在中低质量恒星的晚年弥留之际形成的行星状星云中发现这些与地球极为相似的岩质行星元素残骸，说明了我们已经看到了地球在数十亿年之后注定要面对的末日情景。

本项研究的首席研究员鲍里斯·甘斯克（Boris G?nsicke）认为：“我们今天看到的位于数百光年处的白矮星很可能是地球遥远未来的真实写照。”虽然我们目前对系外行星在主恒星灭亡时被吞噬或者在潮汐力作用下化为碎片尘埃的物理特征掌握地并不多，但可以肯定在是，所发现的碎片残骸以及组成行星的基本元素，都可以在太阳系的行星中找到，比如水星、金星、地球、火星还有小行星，这些岩质具有陆地表面的行星，而现在它们存在于白矮星的尘埃之中。同时，这些元素的比例也是类地行星的基本配置。

参考资料：

1.爱词霸在线词典 - 白矮星

2.白矮星SDSS1228+1040将小行星撕裂

3.白矮星-诗词-天涯问答

扩展阅读：

1.白矮星-网易网

2.白矮星“最后的晚餐” 地球末日的真实写照

3.白矮星-文库网