白矮星地壽命是多少?

【專家解說(shuō)】：白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因?yàn)樗念伾拾咨?、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。 也有人認(rèn)為,白矮星的前身可能是行星狀星云. 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(guò)大量的質(zhì)量損失后，如果剩下的核的質(zhì)量小于1．44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這顆恒星便可能演化成為白矮星。對(duì)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(gè)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(gè)星體開始慢慢冷卻、晶化，直至最后“死亡”。 白矮星具有這樣一些特征： （1）體積小，它的半徑接近于行星半徑，平均小于10的3次方千米。 （2）光度（恒星每秒鐘內(nèi)輻射的總能量，即恒星發(fā)光本領(lǐng)的大小）非常小，要比正常恒星平均暗10的3次方倍。 （3）質(zhì)量小于1．44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。 （4）白矮星密度高達(dá)1,000,000 g/cm3（地球密度為5.5g/cm3），一顆與地球體積相當(dāng)?shù)陌装牵ū热缯f(shuō)天狼星的鄰星Sirius B）的表面重力約等于地球表面的18萬(wàn)倍。假如人能到達(dá)白矮星表面，那么他休想站起來(lái)，因?yàn)樵谒厦娴囊μ貏e大，以致人的骨骼早已被自己的體重壓碎了。 （5）白矮星的表面溫度很高，平均為10的3次方℃。 （6）白矮星的磁場(chǎng)高達(dá)10的5次方--10的7次方高斯 目前人們已經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的白矮星有1000多顆。天狼星(Sirius)的伴星是第一顆被人們發(fā)現(xiàn)的白矮星，也是所觀測(cè)到的最亮的白矮星（8等星）。1982年出版的白矮星星表表明，銀河系中有488顆白矮星，它們都是離太陽(yáng)不遠(yuǎn)的近距天體。根據(jù)觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，大約有3％的恒星是白矮星，但理論分析與推算認(rèn)為，白矮星應(yīng)占全部恒星的10％左右。 白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小、亮度低，但質(zhì)量大、密度極高。比如天狼星伴星（它是最早被發(fā)現(xiàn)的白矮星），體積比地球大不了多少，但質(zhì)量卻和太陽(yáng)差不多！也就是說(shuō)，它的密度在1000萬(wàn)噸/立方米左右。 白矮星是一種晚期的恒星。根據(jù)現(xiàn)代恒星演化理論，白矮星是在紅巨星的中心形成的。 當(dāng)紅巨星的外部區(qū)域迅速膨脹時(shí)，氦核受反作用力卻強(qiáng)烈向內(nèi)收縮，被壓縮的物質(zhì)不斷變熱，最終內(nèi)核溫度將超過(guò)一億度，于是氦開始聚變成碳。 經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年，氦核燃燒殆盡，現(xiàn)在恒星的結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)不那么簡(jiǎn)單了：外殼仍然是以氫為主的混和物；而在它下面有一個(gè)氦層，氦層內(nèi)部還埋有一個(gè)碳球。核反應(yīng)過(guò)程變得更加復(fù)雜，中心附近的溫度繼續(xù)上升，最終使碳轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌亍? 與此同時(shí)，紅巨星外部開始發(fā)生不穩(wěn)定的脈動(dòng)振蕩：恒星半徑時(shí)而變大，時(shí)而又縮小，穩(wěn)定的主星序恒星變?yōu)闃O不穩(wěn)定的巨大火球，火球內(nèi)部的核反應(yīng)也越來(lái)越趨于不穩(wěn)定，忽而強(qiáng)烈，忽而微弱。此時(shí)的恒星內(nèi)部核心實(shí)際上密度已經(jīng)增大到每立方厘米十噸左右，我們可以說(shuō)，此時(shí)，在紅巨星內(nèi)部，已經(jīng)誕生了一顆白矮星。 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(wàn)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(shuō)，這時(shí)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(jiǎn)并態(tài)”。簡(jiǎn)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(jiǎn)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(huì)坍縮成密度更高的天體：中子星或黑洞。 白矮星是恒星演化末期產(chǎn)生的天體。這些恒星不能維持核聚變反應(yīng)，所以在經(jīng)過(guò)氦（He)閃進(jìn)化到紅巨星階段之后，他們會(huì)將外殼拋出形成行星狀星云，而留下一個(gè)核聚變產(chǎn)生的的高密度核心，即白矮星。 由于缺乏能量的來(lái)源，白矮星會(huì)逐步釋放熱能而發(fā)光而冷卻。其核心靠電子的斥力對(duì)抗重力，其密度可達(dá)每立方厘米十噸。電子斥力不足以支持超過(guò)1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量的白矮星，外殼的重力會(huì)進(jìn)一步使恒星塌縮成中子星或者黑洞。這個(gè)過(guò)程中經(jīng)常伴隨著超新星爆發(fā)。 釋放能量會(huì)造成恒星逐步冷卻，表面溫度逐漸降低，恒星的顏色也會(huì)隨之變化。經(jīng)過(guò)數(shù)千億年之后，白矮星會(huì)冷卻到無(wú)法發(fā)光，成為黑矮星。但是目前普遍認(rèn)為宇宙的年齡（150億年）不足以使任何白矮星演化到這一階段。 【形成】 白矮星是中低質(zhì)量的恒星的演化路線的終點(diǎn)。在紅巨星階段的末期，恒星的中心會(huì)因?yàn)闇囟?、壓力不足或者核聚變達(dá)到鐵階段而停止產(chǎn)生能量（產(chǎn)生比鐵還重的元素不能產(chǎn)生能量，而需要吸收能量）。恒星外殼的重力會(huì)壓縮恒星產(chǎn)生一個(gè)高密度的天體。 一個(gè)典型的穩(wěn)定獨(dú)立白矮星具有大約半個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，比地球略大。這種密度僅次于中子星和夸克星。如果白矮星的質(zhì)量超過(guò)1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量，那么原子核之間的電荷斥力不足以對(duì)抗重力，電子會(huì)被壓入原子核而形成中子星。 大部分恒星的演化過(guò)程都包含白矮星階段。由于很多恒星會(huì)通過(guò)新星或者超新星爆發(fā)將外殼拋出，一些質(zhì)量略大的恒星也可能最終演化成白矮星。 雙星或者多星系統(tǒng)中，由于星際物質(zhì)的交換，恒星的演化過(guò)程可能與單獨(dú)的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一顆年老的大約一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的白矮星，但是天狼星是一顆大約2.3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的主序星。 白矮星螺旋 在大約1,600光年遠(yuǎn)的一個(gè)叫做J0806的非常著名的雙星系統(tǒng)里，兩個(gè)致密的白矮星每321秒繞各自的軌道旋轉(zhuǎn)一周。錢德拉天文臺(tái)天文學(xué)家的X射線波段數(shù)據(jù)分析反駁了一個(gè)已經(jīng)給人留下深刻印象的觀點(diǎn)：這兩顆白矮星的短軌道周期處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)他們的螺旋湊的越近，他們的周期越短。即使它們是分開有80,000公里的兩個(gè)星(地球與月亮的距離是 400,000 公里)，它們也注定要合并的。根據(jù)這個(gè)藝術(shù)家般的觀點(diǎn)描述，著名的J0806系統(tǒng)螺旋毀滅的原因便是同愛(ài)因斯坦相對(duì)論中預(yù)言的那樣：白矮星由于重力波產(chǎn)生的影響而最終喪失它的軌道能量。事實(shí)上，J0806可能是我們銀河系重力波最明亮的光源之一,可以直接利用未來(lái)設(shè)立在太空的重力波工具捕獲。