白矮星演化到尽头是什么?

许津豪

如果单从恒星的演化周期来看,白矮星已经是恒星的演化尽头。对于中低质量恒星,耗尽核聚变燃料的核心将无法继续支撑引力坍缩,核心的物质会被挤压成电子简并物质,结果形成白矮星。当恒星演化为白矮星之后,核聚变反应已经全部停止,电子简并压力可以使白矮星维持结构的稳定。

尽管白矮星没有核聚变反应,但它们仍然可以释放出光和热,它们的热量来自前身恒星的高温核心。对于一颗普通的白矮星,它们将会在比宇宙年龄更长的时间下进行充分冷却之后,最终演化为极度暗淡的黑矮星。从这个意义来说,黑矮星是白矮星的演化终极尽头。

如果白矮星属于双星系统,那么,白矮星的最终结局可能不会是黑矮星,而是一种特殊的超新星。理论上,白矮星可以通过两种方式爆炸成超新星。

第一种是吸积作用。如果白矮星和它的伴星距离足够近,白矮星将会有能力从伴星那里吸积物质。如果这个过程持续了足够长的时间,白矮星将会吸收大量的物质,使其质量达到了太阳质量的1.44倍——钱德拉塞卡极限。这会导致白矮星内部的热核聚变被启动,失控的核聚变反应将会迅速完全炸毁白矮星,从而形成Ia型超新星。

第二种是互相碰撞。如果两颗白矮星的轨道半径很小,它们在互相绕转过程中不断辐射出引力波,轨道半径逐渐降低,最终它们会发生碰撞。如果白矮星合并之后的质量超过钱德拉塞卡极限,那么,白矮星将会迅速爆炸成Ia型超新星。


火星一号

白矮星在宇宙中是比较常见的,单纯在我们生活的银河系中,就已经确认有近500颗白矮星。

我们知道,银河系有上千亿颗恒星,我们的太阳,不过是其中很普通很普通的一员。恒星是气体星球,大量的氢气发生核聚变燃烧变成氦,氦会进一步变成更重的元素,最终导致没有“核燃料”而死亡。恒星死亡的时候,将变成一颗红巨星,最后将走向三条不同的道路:白矮星、中子星和黑洞,具体取决于恒星“生前”质量大概有多少。三者的区别也就是平均密度不同,对于白矮星,平均密度在每立方厘米10吨左右,这个时候原子无法独立稳定存在,会被压塌了,但是白矮星基本上还是保持了基本粒子,即电子会变成自由电子存在。但是对于中子星,平均密度在每立方厘米10亿吨,此时巨大引力导致原子不能稳定存在,原子核也被“挤碎”,质子和电子复合成为电中性的中子,一群中子靠强相互作用挤在一起,密度非常之高。进一步,密度再高就会形成黑洞,引力之强,连光也难以逃脱其魔掌。

最早确认的白矮星是天狼星的伴星,其体积与地球接近,但是密度却大的惊人,其表面重力是地球上重力的一亿倍左右。所以人类是无法生存在,原子结构被破坏,原子核浸泡在自由电子的海洋之中。正是因为自由电子的存在,白矮星也会不断往外放出电磁波,只是白矮星发出的光线相对于恒星而言是非常微弱的。

这个过程是极其漫长的,预计需要上千亿年,白矮星才会彻底因为电磁辐射衰减到几乎没有可见光——成为“看不见”的黑矮星。但是,我们目前宇宙的年龄大约为137亿年,所以目前实验上并未观测到白矮星的最终宿命,现有的只是理论猜测。


飞贼克斯和康德马特

白矮星是一类死亡的恒星。个头比较小的恒星在消耗完燃料后经过短暂的红巨星阶段,坍缩成基本由碳元素组成的白矮星。因此白矮星是宇宙中最大的钻石,而且数量不少。不过这个大钻石非常热,是白炽状态的,因此叫“白矮星”。

白矮星的热量会逐渐被热辐射带走,因此它会慢慢冷却下来。这个冷却过程非常漫长,是以亿年来衡量的。如果冷却过程中白矮星没有经历恒星碰撞、星系合并等大规模的宇宙活动,孤独地冷却到了宇宙背景温度,白矮星就成为一颗不再发光发热的黑钻石,从宇宙背景中消失。


高个儿12

能演化到白矮星的恒星是0.08-1.44倍太阳质量,其后能量消耗到一定程度变为一颗黑矮星。黑矮星的能量极低,已经无法发光发热,但由于白矮星到黑矮星的过度阶段很长,甚至超过了宇宙年龄,故而宇宙间并没有黑矮星的存在。


分享到:


相關文章: