白矮星

白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因?yàn)樗�的顏色呈白色、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。白矮星是一種晚期的恒星。根據(jù)現(xiàn)代恒星演化理論，白矮星是在紅巨星的中心形成的。白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小、亮度低，但質(zhì)量大、密度極高。比如天狼星伴星（它是最早被發(fā)現(xiàn)的白矮星），體積和地球相當(dāng)，但質(zhì)量卻和太陽差不多，它的密度在1000萬噸/立方米左右。

定義

　 白矮星 ：也稱為簡并矮星 。 一種由 電子 之間 不相容原理 排斥力所支持的穩(wěn)定恒星，是由電子簡并物質(zhì)構(gòu)成的小 恒星 。

表面重力

　根據(jù)白矮星的半徑和質(zhì)量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000萬－10 億倍。在這樣高的壓力下，任何物體都已不復(fù)存在，連 原子 都被壓碎了： 電子 脫離了原子軌道變?yōu)樽杂呻娮印?/p>

形成過程

　當(dāng) 紅巨星 的外部區(qū)域迅速膨脹時(shí)，氦核受反作用力卻強(qiáng)烈向內(nèi)收縮，被壓縮的物質(zhì)不斷變熱，最終內(nèi)核溫度將超過一億度，于是氦開始聚變成碳。(右上圖編輯：張嘉年)

　　經(jīng)過幾百萬年，氦核燃燒殆盡，現(xiàn)在恒星的結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)不那么簡單了：外殼仍然是以氫為主的 混合物 ，而在它下面有一個(gè)氦層，氦層內(nèi)部還埋有一個(gè) 碳球 。 核反應(yīng) 過程變得更加復(fù)雜，中心附近的溫度繼續(xù)上升，最終使碳轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌�元素�?/p>

　　與此同時(shí)， 紅巨星 外部開始發(fā)生不穩(wěn)定的脈動(dòng)振蕩：恒星半徑時(shí)而變大，時(shí)而又縮小，穩(wěn)定的 主星序 恒星變?yōu)闃O不穩(wěn)定的巨大火球，火球內(nèi)部的核反應(yīng)也越來越趨于不穩(wěn)定，忽而強(qiáng)烈，忽而微弱。此時(shí)的恒星內(nèi)部核心實(shí)際上 密度 已經(jīng)增大到每立方厘米十噸左右，我們可以說，此時(shí)，在紅巨星內(nèi)部，已經(jīng)誕生了一顆白矮星。

　　是由質(zhì)量較差的恒星形成的。

原子

　 我們知道，原子是由 原子核 和電子組成的，原子的質(zhì)量絕大部分集中在原子核上，而原子核的體積很小。比如氫原子的半徑為一億分之一厘米，而氫原子核的半徑只有十萬億分之一厘米。假如核的大小像一顆玻璃球，則電子軌道將在兩公里以外。

　　白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小、亮度低，但質(zhì)量大、密度極高。比如 天狼星 伴星（它是最早被發(fā)現(xiàn)的白矮星），體積比地球大不了多少，但質(zhì)量卻和太陽差不多！也就是說，它的密度在1000萬噸/立方米左右。

自由電子

　 而在巨大的壓力之下，電子將脫離原子核，成自由電子。這種自由電子氣體將盡可能地占據(jù)原子核之間的空隙，從而使單位空間內(nèi)包含的物質(zhì)也將大大增多，密度大大提高了。形象地說，這時(shí)原子核是“沉浸于”電子中。根據(jù)白矮星的半徑和質(zhì)量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000萬－10億倍。在這樣高的壓力下，任何物體都已不復(fù)存在，連原子都被壓碎了：電子脫離了原子軌道變?yōu)?自由電子 。

電子簡并態(tài)

　 一般把物質(zhì)的這種狀態(tài)叫做“電子簡并態(tài)”。電子簡并壓與白矮星強(qiáng)大的重力平衡，維持著白矮星的穩(wěn)定。順便提一下，當(dāng)白矮星質(zhì)量進(jìn)一步增大，電子簡并壓就有可能抵抗不住自身的 引力收縮 ，白矮星還會(huì) 坍縮 成密度更高的天體： 中子星 或黑洞。對單星系統(tǒng)而言，由于沒有 熱核反應(yīng) 來提供能量，白矮星在發(fā)出光熱的同時(shí)，也以同樣的速度冷卻著。經(jīng)過一百億年的漫長歲月，年老的白矮星將漸漸停止輻射而死去。它的軀體變成一個(gè)比鉆石還硬的巨大晶體—— 黑矮星 而永存。

　　 而對于多星系統(tǒng)，白矮星的演化過程則有可能被改變（例如雙星）。

概況

　白矮星屬于 演化 到晚年期的恒星。恒星在演化后期， 拋射 出大量的物質(zhì)，經(jīng)過大量的 質(zhì)量損失 后，如果剩下的' 核 的質(zhì)量小于1．44個(gè) 太陽 質(zhì)量，這顆 恒星 便可能演化成為白矮星。對白矮星的形成也有人認(rèn)為，白矮星的前身可能是 行星狀星云 （是 宇宙 中由 高溫氣體 、少量 塵埃 等組成的環(huán)狀或圓盤狀的物質(zhì)，它的中心通常都有一個(gè)溫度很高的 恒星 ── 中心星 ，它的核能源已經(jīng)基本耗盡，整個(gè)星體開始慢慢冷卻、晶化，直至最后“死亡”。

　　白 矮星 ，也稱為簡并矮星，是由電子簡并物質(zhì)構(gòu)成的 小恒星 。它們的密度極高，一顆質(zhì)量與太陽相當(dāng)?shù)陌装�星體積只有地球一般的大小，微弱的光度則來自過去儲(chǔ)存的熱能。在太陽附近的區(qū)域內(nèi)已知的恒星中大約有6%是白矮星。這種異常微弱的白矮星大約在1910年就被亨利·諾瑞斯·羅素、艾德華·查爾斯·皮克林和威廉·佛萊明等人注意到[3], p. 1白矮星的名字是威廉·魯伊登在1922年取的。白矮星被認(rèn)為是低質(zhì)量 恒星演化 階段的最終產(chǎn)物，在我們所屬的星系內(nèi)97%的恒星都屬于這一類。,

　　中低質(zhì)量的恒星在渡過生命期的 主序星 階段，結(jié)束以氫融合反應(yīng)之后，將在核心進(jìn)行氦融合，將氦燃燒成碳和氧的3氦過程，并膨脹成為一顆紅巨星。如果紅巨星沒有足夠的質(zhì)量產(chǎn)生能夠讓碳燃燒的更高溫度，碳和氧就會(huì)在核心堆積起來。在散發(fā)出外面數(shù)層的氣體成為行星狀 星云 之后，留下來的只有核心的部份，這個(gè)殘骸最終將成為白矮星。因此，白矮星通常都由碳和氧組成。但也有可能核心的溫度可以達(dá)到燃燒碳卻仍不足以燃燒氖的高溫，這時(shí)就能形成核心由氧、氖和鎂組成的白矮星。同樣的，有些由氦組成的白矮星是由聯(lián)星的質(zhì)量損失造成的。

　　白矮星的內(nèi)部不再有物質(zhì)進(jìn)行核融合反應(yīng)，因此恒星不再有能量產(chǎn)生，也不再由核融合的熱來抵抗重力崩潰；它是由極端高密度的物質(zhì)產(chǎn)生的電子 簡并壓力 來支撐。物理學(xué)上，對一顆沒有自轉(zhuǎn)的白矮星，電子簡并壓力能夠支撐的最大質(zhì)量是1.44倍 太陽質(zhì)量 ，達(dá)到后，它將坍縮為一個(gè) 黑洞 （ 錢德拉塞卡極限 ）。許多碳氧白矮星的質(zhì)量都接近這個(gè)極限的質(zhì)量，通常經(jīng)由 伴星 的質(zhì)量傳遞，可能經(jīng)由所知道的 碳引爆 過程爆炸成為一顆 Ia超新星 。

　　白矮星形成時(shí)的溫度非常高，但是因?yàn)闆]有能量的來源，因此將會(huì)逐漸釋放它的熱量并且逐漸變冷(溫度降低)，這意味著它的輻射會(huì)從最初的高色溫隨著時(shí)間逐漸減小并且轉(zhuǎn)變成紅色。經(jīng)過漫長的時(shí)間，白矮星的溫度將冷卻到光度不再能被看見，而成為冷的黑矮星。但是，現(xiàn)在的宇宙仍然太年輕 (大約137億歲)，即使是最年老的白矮星依然輻射出數(shù)千度K的溫度，還不可能有黑矮星的存在。

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