冷恆星

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更新時間: 2013-09-04

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冷恆星,又稱白矮星,是一種低光度、高密度、高溫度的恆星。

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1 冷恆星 -定義

冷恆星就是白矮星。白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恆星。因為它的顏色呈白色、體積比較矮小,因此被命名為白矮星。

白矮星屬於演化到晚年期的恆星。恆星在演化後期,拋射出大量的物質,經過大量的質量損失后,如果剩下的核的質量小於1.44個太陽質量,這顆恆星便可能演化成為白矮星。對白矮星的形成也有人認為,白矮星的前身可能是行星狀星雲(是宇宙中由高溫氣體、少量塵埃等組成的環狀或圓盤狀的物質,它的中心通常都有一個溫度很高的恆星——中心星)的中心星,它的核能源已經基本耗盡,整個星體開始慢慢冷卻、晶化,直至最後「死亡」。

2 冷恆星 -特徵

白矮星具有這樣一些特徵:

(1)體積小,它的半徑接近於行星半徑,平均小於103千米。

(2)光度(恆星每秒鐘內輻射的總能量,即恆星發光本領的大小)非常小,要比正常恆星平均暗103倍。

(3)質量小於1.44個太陽質量。

(4)密度高達106~107克/厘米3,其表面的重力加速度大約等於地球表面重力加速度的10倍到104倍。假如人能到達白矮星表面,那麼他休想站起來,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105~107高低

目前人們已經觀測發現的白矮星有1000多顆。天狼星(Sirius)的伴星是第一顆被人們發現的白矮星,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的近距天體。根據觀測資料統計,大約有3%的恆星是白矮星,但理論分析與推算認為,白矮星應佔全部恆星的10%左右。

白矮星是一種很特殊的天體,它的體積小、亮度低,但質量大、密度極高。比如天狼星伴星(它是最早被發現的白矮星),體積比地球大不了多少,但質量卻和太陽差不多!也就是說,它的密度在1000萬噸/立方米左右。

根據白矮星的半徑和質量,可以算出它的表面重力等於地球表面的1000萬-10億倍。在這樣高的壓力下,任何物體都已不復存在,連原子都被壓碎了:電子脫離了原子軌道變為自由電子。

白矮星是一種晚期的恆星。根據現代恆星演化理論,白矮星是在紅巨星的中心形成的。

當紅巨星的外部區域迅速膨脹時,氦核受反作用力卻強烈向內收縮,被壓縮的物質不斷變熱,最終內核溫度將超過一億度,於是氦開始聚變成碳。

經過幾百萬年,氦核燃燒殆盡,現在恆星的結構組成已經不那麼簡單了:外殼仍然是以氫為主的混和物;而在它下面有一個氦層,氦層內部還埋有一個碳球。核反應過程變得更加複雜,中心附近的溫度繼續上升,最終使碳轉變為其他元素。

與此同時,紅巨星外部開始發生不穩定的脈動振蕩:恆星半徑時而變大,時而又縮小,穩定的主星序恆星變為極不穩定的巨大火球,火球內部的核反應也越來越趨於不穩定,忽而強烈,忽而微弱。此時的恆星內部核心實際上密度已經增大到每立方厘米十噸左右,我們可以說,此時,在紅巨星內部,已經誕生了一顆白矮星。

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儘可能地佔據原子核之間的空隙,從而使單位空間內包含的物質也將大大增多,密度大大提高了。形象地說,這時原子核是「沉浸於」電子中。

一般把物質的這種狀態叫做「簡併態」。簡併電子氣體壓力與白矮星強大的重力平衡,維持著白矮星的穩定。順便提一下,當白矮星質量進一步增大,簡併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。

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