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白矮星白矮星是一种低光度高密度高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小,因此被命名为白矮星。

白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期,抛射出大量的物质,经过大量的质量损失后,如果剩下的核的质量小于1.44个太阳质量,这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为,白矮星的前身可能是行星状星云(是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质,它的中心通常都有一个温度很高的恒星──中心星)的中心星,它的核能源已经基本耗尽,整个星体开始慢慢冷却、晶化,直至最后“死亡”。

目录

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概述编辑本段回目录

白矮星
白矮星
白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多!也就是说,它的密度在1000万吨/立方米左右。根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万-10亿倍。在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了:电子脱离了原子轨道变为自由电子

白矮星是一种晚期的恒星。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。人们知道,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。

白矮星
白矮星
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。

白矮星是恒星演化末期产生的天体。这些恒星不能维持核聚变反应,所以在经过闪进化到红巨星阶段之后,他们会将外壳抛出形成行星状星云,而留下一个核聚变产生的的高密度核心,即白矮星。由于缺乏能量的来源,白矮星会逐步释放热能而发光而冷却。其核心靠电子斥力对抗重力,其密度可达每立方厘米十吨。电子斥力不足以支持超过1.4倍太阳质量的白矮星,外壳的重力会进一步使恒星塌缩成中子星或者黑洞。这个过程中经常伴随着超新星爆发。释放能量会造成恒星逐步冷却,表面温度逐渐降低,恒星的颜色也会随之变化。经过数千亿年之后,白矮星会冷却到无法发光,成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄(150亿年)不足以使任何白矮星演化到这一阶段。

形成编辑本段回目录

白矮星
白矮星
白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期,恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量(产生比铁还重的元素不能产生能量,而需要吸收能量)。恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量,比地球略大。这种密度仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量,那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力,电子会被压入原子核而形成中子星

大部分恒星的演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出,一些质量略大的恒星也可能最终演化成白矮星。双星或者多星系统中,由于星际物质的交换,恒星的演化过程可能与单独的恒星不同,例如天狼星的伴星就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星,但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。

特征编辑本段回目录

白矮星
白矮星
1、体积小,它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,即恒星发光本领的大小)非常小,要比正常恒星平均暗103倍。

3、质量小于1.44个太阳质量。

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℃。

6、白矮星的磁场高达105~107高低

目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星(Sirius)的伴星是第一颗被人们发现的白矮星,也是所观测到的最亮的白矮星(8等星)。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。

白矮星螺旋 编辑本段回目录

NGC2440星云白矮星
NGC2440星云白矮星
在大约1.600光年远的一个叫做J0806的非常著名的双星系统里,两个致密的白矮星每321秒绕各自的轨道旋转一周。钱德拉天文台天文学家的X射线波段数据分析反驳了一个已经给人留下深刻印象的观点:这两颗白矮星的短轨道周期处于一种稳定的状态,当他们的螺旋凑的越近,他们的周期越短。即使它们是分开有80.000公里的两个星(地球与月亮的距离是 400.000 公里),它们也注定要合并的。根据这个艺术家般的观点描述,著名的J0806系统螺旋毁灭的原因便是同爱因斯坦相对论中预言的那样:白矮星由于重力波产生的影响而最终丧失它的轨道能量。事实上,J0806可能是我们银河系重力波最明亮的光源之一,可以直接利用未来设立在太空的重力波工具捕获。

这两颗白矮星会很快碰撞合并在一起,如果质量足够大,就会演变成中子星;如果质量不到1.4倍太阳的质量,那么合并成一个大的白矮星。

密度编辑本段回目录

红巨星与白矮星
红巨星与白矮星
白矮星的密度为什么这样大呢?人们知道,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。

新星和矮新星编辑本段回目录

白矮星
白矮星
白矮星同新星矮新星有密切的关系:许多新星和矮新星是双星,其中一个子星就是白矮星。这些新星和矮新星有一分钟到数十分钟的光度变化和X射线辐射,这可能同白矮星子星的脉动和物质吸积有关。目前的理论研究认为,白矮星是恒星演化的几种归宿之一:当恒星经过红巨星阶段发生大量质量损失后,剩下的质量若小于1.44个太阳质量,这颗恒星便穿过主星序而演化成白矮星。有人认为白矮星的前身可能是行星状星云的中心星,它的核能源已基本耗尽,整个星体开始慢慢冷却、晶化直至最后“死亡”。目前已观测到1.000颗以上的白矮星。根据统计资料估算,白矮星的总数约占全天恒星总数的3%,理论推算认为应占10%左右。在许多年老星团如毕星团中也发现了白矮星,这与目前的理论预言是相符的。白矮星具有很强的表面引力,因而很早就观测到了谱线的引力红移,从而为验证相对论提供了实测的数据。 

揭秘白矮星:恒星的生命终点编辑本段回目录


据《连线》杂志报道,一颗恒星走到生命的最后阶段,当它把内部一切可以燃烧的东西都燃烧掉时,它就会轰然倒塌,转变成一颗白矮星。

   白矮星致密的球体拥有几乎像太阳一样的质量,但是体积只有地球那么大。由于白矮星体内已经没有什么燃料可以燃烧,因此它们通常只通过发射本身储藏的热量,发出非常微弱的光。白矮星被认为是一颗恒星的生命终点,我们银河邻域的大部分恒星正在一步步迈进这个阶段,其中包括太阳,但是仅有大约3%的邻域恒星的质量足够大,可以进一步转变成超新星。下面是一些特别有趣的白矮星。

  1.年轻白矮星

年轻白矮星

年轻白矮星

  目前科学家所了解的一颗最炙热的白矮星,就位于名为NGC 2440的行星状星云的心脏部位,这个星云距离地球大约有4000光年。这颗星(接近照片中心的亮点)的表面温度大约是360000华氏度。由于白矮星的温度会随着年龄增长而降低,因此从它目前的温度来看,这颗白矮星一定比较年轻。围绕在它周围的炙热的紫色光环,是恒星在生命的最后阶段转变成一颗白矮星的过程中抛弃的剩余材料。

  2.侏儒邻居

侏儒邻居

侏儒邻居

  这张照片上的那颗光彩夺目的蓝星其实并不是我们要说的白矮星,真正的主角是照片左下角那个灰白的圆点。这两颗星分别被称作天狼星A(Sirius A)和天狼星B(Sirius B),二者结合,形成一个双星系。体积较小的天狼星是距离地球最近的白矮星,大约相距8.6光年,因此,只要天文学家能把它发出的光与灿烂夺目的伴星发出的光分开,这颗星就能为我们研究白矮星提供千载难逢的机会。虽然天狼星B的体积比地球的小一些,但是它的质量却比地球大很多倍,重力场大约比地球的重力场大350000倍。因此,如果一个体重是150磅的人站在这颗白矮星上,他的体重将变成5000万磅。

  3.固定轴环绕

固定轴环绕

固定轴环绕

  这张照片的主角是双星系J0806里的两颗白矮星,这两颗星沿着一条不断加速的螺旋轨迹相互高速环绕。两颗白矮星绕彼此一周仅需321秒,天文学家认为它们的绕行速度在不断变快。这意味着它们最终一定会相撞在一起,进而合并成一颗星。科学家认为,这个距离地球大约1600光年的双星系产生了重力波,或者称时空曲率偏差。爱因斯坦的广义相对论首次预测到这一现象。

  4.一对投石器

一对投石器

一对投石器

  另一个被称作AE Aquarii的双星系的组合非常奇特,它的两名成员分别是一颗正常的恒星和一颗白矮星。那颗体积较小,非常致密的白矮星似乎正在不断从大块头伴星身上吸取原料。虽然在通常情况下这一现象会导致白矮星的质量不断变大,但是双星系AE Aquarii里的这颗白矮星好像一直在使劲把自身的物质扔出去。天文学家认为,这颗白矮星的自传和强大的磁场是导致它产生这种奇怪举动的原因,这些力促使那颗恒星外层的物质流发散出我们可以看到的在星系里延伸330光年的放射光谱。

  5.白矮星吃彗星

白矮星吃彗星

白矮星吃彗星

  美国宇航局的斯皮策太空望远镜发现,一颗被称作G29-38的白矮星似乎正打算吞掉围绕它旋转的彗星,因为这颗白矮星的轨道里显然有彗星遗留下来的一团碎片。这项发现为彗星可能比它们的太阳更长寿的说法提供了第一手观测证据。科学家认为,G29-38在大约5亿年前死去,变成一颗白矮星,然后它不断吃掉内部行星,就像它所经历的那样。然而在较远轨道中运行的彗星或许幸存了下来。斯皮策太空望远镜对一些尘埃进行分析发现,它们可能是在一颗彗星闯入该星系内部区域,被白矮星的引力潮撕成碎片时产生的。

  6.正在形成的白矮星

正在形成的白矮星

正在形成的白矮星

  这张螺旋星云照片上显示的是一颗正在向白矮星转变的恒星。星云周围的彩色光环是恒星在死亡过程中丢弃的外层气体。这颗恒星的质量与太阳的质量非常接近,因此,通过这张照片我们或许可以预见到我们的这颗母恒星(parent star)在临近死亡时会是什么样子。照片中的这个星系大约距离宝瓶座650光年。

  7.杂乱无章的网

杂乱无章的网

杂乱无章的网

  红蜘蛛星云位于距离地球大约3000光年的人马座中,星云内部的疾风使周围的云团形成波状涟漪,构成一个杂乱无章的网状。窝居在这个双翼星云内部的一颗光彩夺目的白矮星吹出的恒星风,时速高达400万到1000万英里。凛冽的风使星云内部的云团形成网状,一直延伸到600亿英里以外。

  8.最小的白矮星

最小的白矮星

最小的白矮星

  银河系里已知质量最小白矮星,体积与土星差不多,但是质量只有太阳的五分之一。这颗被命名为SDSS J091709.55+463821.8的轻量级白矮星距离地球大约7400光年。最初天文学家怀疑这么小的一颗白矮星怎么会形成。现在科学家认为,这颗星是通过吸收一颗比它更重的白矮星伴星(companion white dwarf)的质量形成的。

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