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宇宙「五」白矮星

白矮星,也称为简并矮星,是由简并态物质构成的小恒星。

它们的密度极高,你知道吗,一颗质量与太阳相当的白矮星但是体积只有地球一般的大小!白矮星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。

白矮星被认为是中、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聚变的更高温度,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分,这个残骸最终将成为白矮星。

所以,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使碳聚变却仍不足以使氖聚变的高温,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聚变反应,因此不再有能量产生,也不再由核聚变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,目前发现最高温的白矮星是行星状星云NGC 2440中心的HD 62166,表面温度约200,000K。

但是因为没有能量的来源,因此将会逐渐释放它的热量并且逐渐变冷,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,成为冷的黑矮星。但是,现在的宇宙仍然太年轻 , 年龄大约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,还没有黑矮星的存在。

第一颗被发现的白矮星是三合星的波江座40,它的成员是主序星的波江座40A,和在一段距离外组成联星的白矮星波江座40B和主序星的波江座40C。

波江座40B和波江座40C这一对联星是威廉·赫歇尔在1783年1月31日发现的

天狼星的伴星,天狼星B,随后也被发现。

在19世纪,对有些恒星已经能够精确的测量出它们在位置上的微小变化。贝塞尔使用这些精确的测量确定天狼星(大犬座α)、南河三(小犬座α)的位置都有些变动,在1844年他预言这两颗恒星都有看不见的伴星。

在1917年,范·马南发现了一颗孤独的白矮星,现在被称为范马南星。这是发现的第三颗白矮星。

此后,有许多的黯淡的白色恒星被发现,它们都有高自行,表示都是紧邻地球的低光度天体,因此都是白矮星。

白矮星在被发现之后就被确认是密度极端高的天体。如果一颗在联星系统的恒星,像是天狼星B和波江座40B,是可以从联星的轨道估计出它的质量的。

在1910年对天狼星B这样做过,得到的质量是0.94太阳质量,现代的估计是1太阳质量。

由于高温恒星的辐射量大于低温恒星,恒星的表面亮度可以从有效表面温度,也可以从光谱来估计。

如果知道恒星的距离,它的整体光度也能估计出来。从这两种图表可以比较出恒星的半径,由推理排出来的顺序让当时的天文学家非常困惑,因为天狼星B和波江座40B必须有非常高的密度。

白矮星是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。

大部分恒星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,由于恒星质量(物质)的交换,恒星的演化过程与单独的恒星不同。

比如,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。

关于白矮星它的内容不算太多,所以咱就讲这么多。

下一期我们讲讲红巨星。


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