黑矮星[中小质量恒星演化的最后期]

黑矮星

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中小质量恒星演化的最后期

黑矮星(Black Dwarf)是中小质量恒星演化的最后期。大约1个太阳质量恒星演化的终极产物。它由低温简并电子气体组成，由于整个星体处于最低的能态，因此无法再产生能量辐射了。以碳为主和少量尘埃构成。

黑矮星是假想中的恒星残骸，是当一颗白矮星的温度低到不再能发出可以被侦测到的光或热的状态。由于一颗白矮星要达到此种状态所需要的时间远高过当前137亿年的宇宙年龄，因此在现今的宇宙中不可能存在着黑矮星。^[1]

而温度最低的白矮星将会是宇宙年龄的一个观测极限。黑矮星这个名称也曾被用在次恒星天体，是指那些没有足够的质量，大约0.08太阳质量以下，维持氢燃烧的核融合。这种天体目前通通称为棕矮星，这是在1970年代提出的名词。同样的，黑矮星也不能与黑洞或中子星混为一谈。

基本信息

中文名	黑矮星
外文名	Black Dwarf
分类	白矮星
原因	恒星演化
特点	表面温度下降，停止发光发热
主要成分	以碳为主和少量氧构成

概念

黑矮星 (Black dwarf) 是类似太阳质量大小的白矮星(或质量较小的中子星)继续演变的产物，其表面温度下降，停止发光发热。

黑矮星是理论上估计存在的天体﹐指质量大致为一个太阳质量或更小的恒星最终演化而成的天体﹐它处于冷简并态﹐不再发出辐射能。由于一颗恒星由形成至演变为黑矮星的生命周期比现今宇宙的年龄还要长，因此现时的宇宙并没有任何黑矮星。假如现时的宇宙有黑矮星存在的话，侦测它们的难度也极高。因为它们已停止放出辐射，即使有也是极微量，且多被宇宙微波背景辐射所遮盖，因此侦测的方法只有使用重力侦测，但此方法对于质量较小的星效用不大，这个问题在于侦测到了一颗和白矮星大小相仿的不发光星体，以现有技术很难区分它是行星还是黑矮星。

黑矮星是假想中的恒星残骸，是当一颗白矮星的温度低到不再能发出可以被侦测到的光或热的状态。由于一颗白矮星要达到此种状态所需要的时间远高过当前已有137亿年的宇宙年龄，因此在现今的宇宙中尚不可能有黑矮星的存在，而温度最低的白矮星将会是宇宙年龄的一个观测极限。

白矮星是由主序带上中或低质量的恒星（质量上限在9或10倍太阳质量），在它拥有的温度能使用的元素都在融合中耗尽或驱散之后的残骸一个高密度的电子简并物质除了缓慢的热辐射之外，最终将成为一颗黑矮星。

如果真有黑矮星存在，它也很难被侦测到，因为依照定义，它们只有很少的辐射。一种理论认为可以利用重力的扰动来检出。

矮星

矮星(Dwarfstar)原指本身光度较弱的星﹐现专指恒星光谱分类中光度级为V的星﹐即等同于主序星。光谱型为O﹑B﹑A的矮星称为蓝矮星（如织女一﹑天狼星）﹐光谱型为F﹑G的矮星称为黄矮星（如太阳）﹐光谱型为K及更晚的矮星称为红矮星（如南门二丙星）。但白矮星﹑褐矮星﹑黑矮星则另有所指﹐并非矮星。物质处在简并态的一类弱光度恒星“简并矮星”也不属矮星之列。

褐矮星（又称棕矮星，一般多称为褐矮星）是介于巨行星和恒星之间的天体，俗称“失败的恒星”。褐矮星质量的质量介于木星的13~80倍，也就是大于13倍木星质量而小于0.08倍太阳质量，然而只有大于0.08倍太阳质量才能点燃氢聚变，褐矮星的重力不足以使氢原子产生核聚变。不过，褐矮星可以通过引力势能的转化发光发热，也能引发简单的元素聚变（和人类制造的氢弹一个原理），但能量极低。

白矮星是像太阳一样的一颗恒星的遗核，只有大于0.5倍太阳质量才能进入主序星阶段并最终有能力坍缩成白矮星。白矮星是中小质量的恒星在“燃料”用完，死亡后遗留下的恒星核，因温度较高，故称做白矮星。白矮星逐渐冷却后，会成为看不见的黑矮星。

天文研究

由于白矮星未来的演化还有物理学上的问题，像是暗物质的性质和质子衰变等的可能性和速率等，我们的理解依然很贫乏；也不知道需要多久的时间白矮星才会冷却成黑暗无光的状态。

然而，如果大质量弱相互作用粒子存在，可能会因为粒子的这种作用，使白矮星变得更温暖，而需要大约10秭年。如果质子不稳定，白矮星会因为质子衰变而维持住温度。理论上质子的生命期长达10涧年，Adams和Laughlin计算质子衰变会使一颗年老的、质量为太阳质的恒星的表面有效温度升高大约0.06K。虽然很冷，但仍比未来10涧年后的宇宙背景辐射要高。

参考资料

[1]

白矮星最终会变为黑矮星？那为何从未发现黑矮星？原来如此 · 新浪网[引用日期2021-04-16]