| 词条 | 白矮星 |
| 释义 | § 概述 白矮星 白矮星（white dwarf），也称为简并矮星，是由电子简并物质构成的小恒星。它们的密度极高，一颗质量与太阳相当的白矮星体积与地球相当，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。这种异常微弱的白矮星大约在1910年就被亨利·诺利斯·罗素、爱德华·皮克林和威廉·佛莱明等人注意到，白矮星的名字是威廉·鲁伊登在1922年确定的。 白矮星被认为是低质量恒星演化阶段的最终产物。白矮星的内部不再有物质进行核融合反应，因此恒星不再有能量产生，也不再由核融合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。 § 特征 白矮星 1、体积小，白矮星的半径接近于行星半径，平均小于103千米。 2、光度（恒星每秒钟内辐射的总能量，即恒星发光能力的大小）非常小，要比正常恒星平均暗103倍。 3、质量小于太阳质量。 4、密度高达106～107克／厘米3 ，其表面的重力加速度大约等于地球表面重力加速度的10倍到104倍。假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来，因为在它上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。 5、白矮星的表面温度很高，平均为103℃。 § 存在数量 截止到2011年，人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3％的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10％左右。 § 发现历史 白矮星的组成粒子图 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，它在1825年再度被Friedrich Georg Wilhelm Struve观测，1851年被Otto Wilhelm von Struve观测。 1892年，Alvan Graham Clark发现了天狼星的伴星。根据对恒星数据的分析，这个伴星的质量约一个太阳质量，表面温度大约25000K，但是其光度大约是天狼星的万分之一，所以根据光度和表面积的关系，推断出其大小与地球相当。这样的密度是地球上的物质达不到的。1917年，Adriaan Van Maanen发现了（截止到2011年）已知离太阳最近的白矮星Van Maanen星。 在二十世纪初由Max Planck等人发展出量子理论之后，Ralph H. Fowler于1926年建立了一个基于费米-狄拉克统计的解释白矮星的密度的理论。 1930年，苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡发现了白矮星的质量上限（钱德拉塞卡极限），并因此获得1983年的诺贝尔物理学奖。 § 形成过程 白矮星 根据现代恒星演化理论，白矮星是在红巨星的中心形成的。当红巨星的外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，于是氦开始聚变成碳。 经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。 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燃烧的更高温度，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份，这个残骸最终将成为白矮星。因此，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燃烧碳却仍不足以燃烧氖的高温，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。[1] § 演化 基本原理 原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球，则电子轨道将在两公里以外。而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质也将大大增多，密度大大提高了。形象地说，这时原子核是“沉浸于”电子中。 一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。顺便提一下，当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体：中子星或黑洞。 对单星系统而言，由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过一百亿年的漫长岁月，年老的白矮星将渐渐停止辐射而死去。它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。而对于多星系统，白矮星的演化过程则有可能被改变。[2] 研究进展 2012年5月，根据英国科学家得出的一项研究发现，4颗白矮星正在吞噬类地行星的残骸。天文学家指出，大约50亿年内，太阳将走向死亡，届时太阳系也将出现类似的现象。也就是说，地球的最终归宿也会像这些行星一样，遭受被撕裂和吞噬的厄运。核燃料耗尽后，类日恒星膨胀成红巨星。天文学家认为如果太阳变成红巨星，其膨胀的大气层将吞噬水星和金星，甚至连地球也不放过。最终，类日恒星的大气层外层将脱离恒星，形成一个星云，留下恒星的密集星核，也就是白矮星。 据科学家推测，即使没有被恒星的最初膨胀——需要几千万到几亿年时间——吞噬，行星的轨道也将因为这颗濒死恒星失去大部分质量而进入不稳定状态。轨道的变化有时会导致行星间发生相撞，产生大量碎片。其中一些碎片被吸向白矮星，最终被白矮星吞噬。研究领导人、英国华威大学物理学系教授鲍里斯·甘希克表示，他们对白矮星大气层的观测发现证实了这种推测。[3] § 威胁地球论 科学家证实，银河系中的白矮星是距离地球最近的“定时炸弹”，每隔20年就会有一次小爆发，天文学家称，数百万年后，白矮星从伴星那儿获得足够的质量后，会爆炸成为超新星，并将威胁到地球的安全。 白矮星在不断侵吞它的伴星，如果白矮星质量不断增加，将最终达到所谓的钱德拉塞卡极限（ Chandrasekhar Limit ),经过瞬时引力收缩过程，将导致热核爆炸并完全摧毁白矮星，变成一颗“Ia”超新星，在此过程中释放出比新星爆炸大1千万倍的能量。 白矮星将来会爆炸成为超新星。超新星发出的伽马射线将威胁地球的安全，其能量相当于太阳耀斑的1000倍。天文学家称，超新星发出的伽马射线使得地球大气层产生氮氧化物，将完全破坏臭氧层。天文学家称，离地球100光年的超新星爆炸将可能摧毁地球。[4] |
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