白矮星最終會變為黑矮星?那為何從未發現黑矮星?原來如此

2020-12-05 科學信仰

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白矮星是什麼呢?我們的太陽最終就會變為一顆白矮星。

太陽是一顆恆星,而恆星就是宇宙中能夠發光發亮的天體。恆星之所以能夠發光發亮是因為恆星上終日不斷的核聚變作用。氫元素在恆星高溫高壓的作用下被聚變成為氦元素,而在這個過程中,光和熱被釋放出來。

然而恆星上的氫元素並不是無限的,恆星也有燃料耗盡的一天,而當恆星的燃料耗盡,它也就迎來了壽命的終點。通常來講,一顆恆星的壽命與這顆恆星的質量呈現反比關係。恆星的質量越大,其壽命越短。這是因為質量越大的恆星,其溫度就越高、壓力就越大,所以氫核聚變也就更加劇烈,燃料的消耗速度也就更快。而太陽是一顆中等質量的恆星,在恆星之中屬於黃矮星,壽命約為100億年。

太陽現在已經走過了約50億年的歲月,可以說正值壯年,然而終有一日,太陽的壽命也會耗盡。

當太陽步入暮年,會發生什麼呢?當太陽上的氫元素耗盡之後,太陽上的氫核聚變會轉為氦核聚變,而在這個過程中,太陽會發生氦閃,氦閃會在瞬間釋放巨大的能量,徹底破壞地球的生態系統。而在氦閃之後,太陽便會開始膨脹為一顆紅巨星,體積急劇增大,最終吞沒地球軌道,最後太陽會在自身的引力作用下急劇坍縮,成為一顆白矮星。

坍縮成為白矮星並非宇宙中所有恆星的共同命運,根據恆星的質量不同,最終的解決也會有所不同,比如當恆星的質量達到一定程度,則會在生命的末期通過超新星爆發而成為一顆中子星,而質量更大的恆星則會成為黑洞。

中子星和白矮星一樣,都是一種極為緻密的天體。

不同的是中子星的密度比白矮星更大。每立方釐米的中子星物質可以達到100公斤到10噸左右,而每立方釐米的中子星物質最少也能夠達到8000萬噸以上。然而不管是白矮星,還是中子星,都不是恆星的最終形態。

可謂殊途同歸,最終白矮星和中子星都會變為一種叫做黑矮星的天體,也就是說黑矮星才是恆星的最終形態。什麼是黑矮星呢?簡單來講,黑矮星就是中子星和白矮星冷卻之後的產物。中子星和白矮星雖然是恆星坍縮之後的產物,但是溫度並不低,通常來講,剛剛形成的白矮星可以達到數十億度的高溫,而要讓如此高溫的天體完全冷卻絕非一朝一夕的事情,這也是為什麼時至今日都未曾發現黑矮星的原因。

一顆白矮星要想冷卻成為黑矮星,需要多久呢?

這難以得出一個精確的數值,但通常認為,白矮星冷卻成為黑矮星的時間應該不少於200億年。這實在是太長了,要知道,迄今為止,宇宙的年齡約為138億歲,也就是說一顆從宇宙誕生之初便存在的白矮星,時至今日也還不足以冷卻成為一顆黑矮星,難怪迄今為止我們都未在宇宙中發現黑矮星的蹤跡。

那麼是不是再過七八十億年以後,就能在宇宙中找到黑矮星呢?並沒有這麼簡單。200億年的冷卻時間只是一個理論上的推斷,而事實上要想冷卻成為黑矮星可能要花費更長的時間。這是因為在恆星膨脹坍縮為白矮星之後,白矮星周圍會存在大量的氣態物質,這些物質會被白矮星的引力捕獲成為白矮星的大氣層,並起到很強的保溫作用。

如果一顆白矮星附近還存在著其它的恆星,那麼情況就更複雜了。

白矮星強大的引力會不斷吸引恆星物質,當一顆白矮星的質量達到太陽質量的1.44倍時,則會發生la型超新星爆發,在這之後,白矮星本身都將不復存在,取而代之的是一片星雲物質。la型超新星爆發的本質實際上就是熱核爆炸。

白矮星如此,中子星也是如此。不過中子星要想發生類似的現象,質量需要達到太陽質量的3倍以上,而且中子星並不會在爆炸中消失,經歷過這個過程以後,中子星有可能會變為一個黑洞。所以說,雖然理論上黑矮星是恆星的最終形態,但真正能夠最終冷卻成為黑矮星的恆星是少之又少的,而且人類文明存在的時間尚短,對於天體的演化以及相互之間的影響還有待觀測和研究。#百家探索#

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