像白矮星這樣高密度的星體，是由什么物質(zhì)組成的？

【專家解說】：白矮星的密度 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。假如核的大小象一顆玻璃球，則電子軌道將在兩公里以外。 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，這時原子核是“沉浸于”電子中。 一般把物質(zhì)的這種狀態(tài)叫做“簡并態(tài)”。簡并電子氣體壓力與白矮星強(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，簡并電子氣體壓力就有可能抵抗不住自身的引力收縮，白矮星還會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，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。 白矮星相關(guān) 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溫度很高的恒星——中心星）的中心星，它的核能源已經(jīng)基本耗盡，整個星體開始慢慢冷卻、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求w積只有地球一般的大小，微弱的光度則來自過去儲存的熱能。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1.4倍太陽質(zhì)量，也就是錢德拉塞卡極限。許多碳氧白矮星的質(zhì)量都接近這個極限的質(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。 白矮星形成時的溫度非常高，但是因為沒有能量的來源，因此將會逐漸釋放它的熱量并解逐漸變冷 (溫度降低)，這意味著它的輻射會從最初的高色溫隨著時間逐漸減小并且轉(zhuǎn)變成紅色。經(jīng)過漫長的時間，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 。