介紹紅巨星、白矮星？

【專家解說】：白矮星 白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因為它的顏色呈白色、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。 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103千米。 （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?。┓浅Ｐ?，要比正常恒星平均暗103倍。 （3）質(zhì)量小于1．44個太陽質(zhì)量。 （4）密度高達(dá)106～107克／厘米3，其表面的重力加速度大約等于地球表面重力加速度的10倍到104倍。假如人能到達(dá)白矮星表面，那么他休想站起來，因為在它上面的引力特別大，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103℃。 （6）白矮星的磁場高達(dá)105～107高低 目前人們已經(jīng)觀測發(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，它們都是離太陽不遠(yuǎn)的近距天體。根據(jù)觀測資料統(tǒng)計，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)量卻和太陽差不多！也就是說，它的密度在1000萬噸/立方米左右。 根據(jù)白矮星的半徑和質(zhì)量，可以算出它的表面重力等于地球表面的1000萬－10億倍。在這樣高的壓力下，任何物體都已不復(fù)存在，連原子都被壓碎了：電子脫離了原子軌道變?yōu)樽杂呻娮印? 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，氦核受反作用力卻強烈向內(nèi)收縮，被壓縮的物質(zhì)不斷變熱，最終內(nèi)核溫度將超過一億度，于是氦開始聚變成碳。 經(jīng)過幾百萬年，氦核燃燒殆盡，現(xiàn)在恒星的結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)不那么簡單了：外殼仍然是以氫為主的混和物；而在它下面有一個氦層，氦層內(nèi)部還埋有一個碳球。核反應(yīng)過程變得更加復(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，紅巨星外部開始發(fā)生不穩(wěn)定的脈動振蕩：恒星半徑時而變大，時而又縮小，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)也越來越趨于不穩(wěn)定，忽而強烈，忽而微弱。此時的恒星內(nèi)部核心實際上密度已經(jīng)增大到每立方厘米十噸左右，我們可以說，此時，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。 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)過氦閃進化到紅巨星階段之后，他們會將外殼拋出形成行星狀星云，而留下一個核聚變產(chǎn)生的的高密度核心，即白矮星。 由于缺乏能量的來源，白矮星會逐步釋放熱能而發(fā)光而冷卻。其核心靠電子的斥力對抗重力，其密度可達(dá)每立方厘米十噸。電子斥力不足以支持超過1.4倍太陽質(zhì)量的白矮星，外殼的重力會進一步使恒星塌縮成中子星或者黑洞。這個過程中經(jīng)常伴隨著超新星爆發(fā)。 釋放能量會造成恒星逐步冷卻，表面溫度逐漸降低，恒星的顏色也會隨之變化。經(jīng)過數(shù)千億年之后，白矮星會冷卻到無法發(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。在紅巨星階段的末期，恒星的中心會因為溫度、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）。恒星外殼的重力會壓縮恒星產(chǎn)生一個高密度的天體。 一個典型的穩(wěn)定獨立白矮星具有大約半個太陽質(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1.4倍太陽質(zhì)量，那么原子核之間的電荷斥力不足以對抗重力，電子會被壓入原子核而形成中子星。 大部分恒星的演化過程都包含白矮星階段。由于很多恒星會通過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，恒星的演化過程可能與單獨的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一顆年老的大約一個太陽質(zhì)量的白矮星，但是天狼星是一顆大約2.3個太陽質(zhì)量的主序星。