白矮星演化到盡頭是什麼?

許津豪

如果單從恆星的演化週期來看,白矮星已經是恆星的演化盡頭。對於中低質量恆星,耗盡核聚變燃料的核心將無法繼續支撐引力坍縮,核心的物質會被擠壓成電子簡併物質,結果形成白矮星。當恆星演化為白矮星之後,核聚變反應已經全部停止,電子簡併壓力可以使白矮星維持結構的穩定。

儘管白矮星沒有核聚變反應,但它們仍然可以釋放出光和熱,它們的熱量來自前身恆星的高溫核心。對於一顆普通的白矮星,它們將會在比宇宙年齡更長的時間下進行充分冷卻之後,最終演化為極度暗淡的黑矮星。從這個意義來說,黑矮星是白矮星的演化終極盡頭。

如果白矮星屬於雙星系統,那麼,白矮星的最終結局可能不會是黑矮星,而是一種特殊的超新星。理論上,白矮星可以通過兩種方式爆炸成超新星。

第一種是吸積作用。如果白矮星和它的伴星距離足夠近,白矮星將會有能力從伴星那裡吸積物質。如果這個過程持續了足夠長的時間,白矮星將會吸收大量的物質,使其質量達到了太陽質量的1.44倍——錢德拉塞卡極限。這會導致白矮星內部的熱核聚變被啟動,失控的核聚變反應將會迅速完全炸燬白矮星,從而形成Ia型超新星。

第二種是互相碰撞。如果兩顆白矮星的軌道半徑很小,它們在互相繞轉過程中不斷輻射出引力波,軌道半徑逐漸降低,最終它們會發生碰撞。如果白矮星合併之後的質量超過錢德拉塞卡極限,那麼,白矮星將會迅速爆炸成Ia型超新星。


火星一號

白矮星在宇宙中是比較常見的,單純在我們生活的銀河系中,就已經確認有近500顆白矮星。

我們知道,銀河系有上千億顆恆星,我們的太陽,不過是其中很普通很普通的一員。恆星是氣體星球,大量的氫氣發生核聚變燃燒變成氦,氦會進一步變成更重的元素,最終導致沒有“核燃料”而死亡。恆星死亡的時候,將變成一顆紅巨星,最後將走向三條不同的道路:白矮星、中子星和黑洞,具體取決於恆星“生前”質量大概有多少。三者的區別也就是平均密度不同,對於白矮星,平均密度在每立方厘米10噸左右,這個時候原子無法獨立穩定存在,會被壓塌了,但是白矮星基本上還是保持了基本粒子,即電子會變成自由電子存在。但是對於中子星,平均密度在每立方厘米10億噸,此時巨大引力導致原子不能穩定存在,原子核也被“擠碎”,質子和電子複合成為電中性的中子,一群中子靠強相互作用擠在一起,密度非常之高。進一步,密度再高就會形成黑洞,引力之強,連光也難以逃脫其魔掌。

最早確認的白矮星是天狼星的伴星,其體積與地球接近,但是密度卻大的驚人,其表面重力是地球上重力的一億倍左右。所以人類是無法生存在,原子結構被破壞,原子核浸泡在自由電子的海洋之中。正是因為自由電子的存在,白矮星也會不斷往外放出電磁波,只是白矮星發出的光線相對於恆星而言是非常微弱的。

這個過程是極其漫長的,預計需要上千億年,白矮星才會徹底因為電磁輻射衰減到幾乎沒有可見光——成為“看不見”的黑矮星。但是,我們目前宇宙的年齡大約為137億年,所以目前實驗上並未觀測到白矮星的最終宿命,現有的只是理論猜測。


飛賊克斯和康德馬特

白矮星是一類死亡的恆星。個頭比較小的恆星在消耗完燃料後經過短暫的紅巨星階段,坍縮成基本由碳元素組成的白矮星。因此白矮星是宇宙中最大的鑽石,而且數量不少。不過這個大鑽石非常熱,是白熾狀態的,因此叫“白矮星”。

白矮星的熱量會逐漸被熱輻射帶走,因此它會慢慢冷卻下來。這個冷卻過程非常漫長,是以億年來衡量的。如果冷卻過程中白矮星沒有經歷恆星碰撞、星系合併等大規模的宇宙活動,孤獨地冷卻到了宇宙背景溫度,白矮星就成為一顆不再發光發熱的黑鑽石,從宇宙背景中消失。


高個兒12

能演化到白矮星的恆星是0.08-1.44倍太陽質量,其後能量消耗到一定程度變為一顆黑矮星。黑矮星的能量極低,已經無法發光發熱,但由於白矮星到黑矮星的過度階段很長,甚至超過了宇宙年齡,故而宇宙間並沒有黑矮星的存在。


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