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想了解一些關(guān)于白矮星的問題

來源:新能源網(wǎng)
時(shí)間:2024-08-17 12:50:35
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想了解一些關(guān)于白矮星的問題【專家解說】: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

【專家解說】: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Ⅲw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(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(gè)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?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(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(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(gè)氦層,氦層內(nèi)部還埋有一個(gè)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(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,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(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。 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(He)閃進(jìn)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(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(jìn)一步使恒星塌縮成中子星或者黑洞。這個(gè)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(diǎn)。在紅巨星階段的末期,恒星的中心會因?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(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)太陽質(zhì)量的白矮星,但是天狼星是一顆大約2.3個(gè)太陽質(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因斯坦相對論中預(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,可以直接利用未來設(shè)立在太空的重力波工具捕獲。