人有窮富不同,恆星也有三種死法,白矮星還能「借屍還魂」!

2021-01-16 時空通訊

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這個世界很奇妙。宇宙萬物各不相同,但也有許多相通之處。

比如我們這個宇宙一切都會死亡,包括大大小小的恆星。

恆星大小不同,死法也不一樣,死後的屍骸也分等級。

恆星的頂級屍骸是黑洞,二層屍骸是中子星,三層就是白矮星,四層是黑矮星。

這有點像富人和窮人,雖然都免不了一死,但死法各有不同。

最窮的人,比如流浪漢,可能是在大街小巷旮旯裡、垃圾桶旁,悄悄地沒聲沒息的就死了,沒人看到,沒人知道,最後被收拾垃圾的人報警拖走。

一般人家,不窮不富,會死在家裡或者一般的醫院裡,臨終會有一些親屬在身旁陪伴,死後有人哭喪,或火葬或土葬。然後一家人分配遺產,有時還會弄得雞飛狗跳反目為仇。

大富大貴者,病重時會得到各種大醫院或者私人醫療團隊的全力救護,一堆一堆的達官貴人前往看望慰問,可彰顯其身份地位。一旦不治身亡,還會舉行各種奢華告別儀式,登報網宣,高調紀念,哀榮與身份對應。

恆星的死法也大致有三種。

最小的恆星叫紅矮星,質量只有太陽的0.08倍到0.5倍,這種恆星核心壓力和溫度無法激發氦核聚變,因此氫消耗完後核聚變就停止,慢慢冷卻下來,死得有點像窮人,無聲無息。這種屍骸就是恆星的底層屍骸~黑矮星。

太陽是一顆中小質量的黃矮星,一般認為太陽質量0.5倍到8倍的恆星,死亡後會留下一顆白矮星。

這種恆星核心在氫消耗完後,物質全部轉化為氦,坍縮的壓力和溫度可以進一步激發氦核聚變。在氦閃張力和外圍氫燃燒、引力減弱等複雜機制下,臨死前會來個迴光返照,膨脹成一個紅巨星。

最終浮華散盡,中心留下一個地球大小的核心,這個核心就是白矮星。

大於太陽質量8倍的恆星,核心巨大的壓力和極高溫度會激發梯級核聚變,從元素氫一直到26號元素鐵為止,最終在複雜機制下發生超新星大爆發,讓生命迸發出最後的巨大能量和光彩,死得有些像富人,轟轟烈烈。

最後硝煙散盡,可能爆發得一點不剩,也可能留下一個中子星或者黑洞。

宇宙萬物就是這麼奇妙,沒有意識的恆星也和人類一樣,不同的恆星有自己不同的終極結束方式。

現在來詳細說說白矮星。

白矮星是宇宙中第三層緻密天體。所謂緻密天體就是這種天體上的物質已經不是我們認知的普通物質了。

當太陽質量8倍以下的恆星演化後期,由於核心燃料告罄,核聚變停止,巨大的恆星引力壓導致的坍縮壓強很大,達到數萬億個大氣壓,使核心已經形成的碳元素原子被壓縮垮了。

於是這些碳原子只能夠用電子簡併壓來支撐引力壓,保持自己的某些性質,並保持星體狀態。

電子簡併壓是原子在極大的壓力下,被壓縮變形了,電子脫離原來軌道,向原子核靠近,但由於泡利不相容原理,電子與電子之間有相斥特性,它們不願意擠在一起,就相互排斥儘量保持距離。

這樣就產生了一種叫「電子簡併壓」的抵抗力,抵禦住了星球本身重力。

這個時候,雖然原子已經被壓垮了,但原子核還保持原樣,只是沒有了過去那種在電子外殼的保護下躲在中心遙控的地位,而是躺在電子海洋中勉強維持自己的統治地位。

白矮星主要由碳元素組成,和鑽石一樣的特性。

因此有人把白矮星比喻為一個整體的鑽石星。

但是白矮星的密度比鑽石大多了。鑽石密度只有3.52g/cm^3,白矮星物質密度達到1000000~10000000g/cm^3。

我們說白矮星是太陽類恆星的屍骸,也有人把這種天體作為恆星算帳,也就是恆星演化末期階段的一種形態。

白矮星剛形成時溫度還很高,表面溫度可達到1萬℃。由於白矮星已經沒有能量維持,因此會慢慢冷卻下來,最終變成一個黑矮星。

但這個過程大概有幾十億年,也就是說白矮星的壽命約有幾十億年。

其冷卻的公式為:

由於宇宙壽命才有138億年,太陽類恆星壽命有100億年左右,太陽死亡後才會生成白矮星,因此迄今在宇宙中還沒有發現白矮星最終屍骸~黑矮星。

白矮星會「詐屍」,還會「借屍還魂」。

現在已經發現宇宙中存在的白矮星有1000多顆,銀河系中在我們太陽系周圍就有400多顆。由於白矮星體積小,只有地球大小左右,光度又低,因此肯定還有許多沒有發現。

白矮星不甘心就這樣死去,有的還會找機會「詐屍還魂」。

萬有引力是我們這個世界最普遍的規律之一,任何物體都脫不了這個窠臼。

白矮星依靠電子簡併壓支撐著引力壓,保持了星體的一個穩定和平衡。但這個穩定和平衡只允許1.4個太陽質量,超過這個質量,電子簡併壓就無法支撐引力壓,也就是說有引力會把原子核完全壓垮壓碎。

這個質量臨界點為1.44倍太陽質量,因為是美籍印度裔科學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡發現並計算出來的,因此叫錢德拉塞卡極限。

達到了這個極限,白矮星就會繼續坍縮,繼而引發核心碳融合,導致熱核失控,引發Ia型超新星爆發,或全部炸碎自己,或在核心留下一顆更高級的屍骸~中子星或黑洞。

這主要看爆炸後核心會不會留下足夠的質量。質量在太陽1.44倍~3倍左右時,會留下一顆中子星,質量大於3.2倍太陽時,會成為一顆黑洞。

明明已經變成屍骸的白矮星怎麼會發生「詐屍」呢?

原來我們宇宙中有許多雙星或者多星系統,這些恆星由於引力作用相互纏繞在一起運行,距離不遠,但它們的壽命並不是一樣的。

恆星的壽命與質量成反比關係,質量越大的恆星壽命越短。因此前面說的紅矮星壽命是最長的,長的令人髮指,最小的紅矮星壽命可達數萬億年。

當一個雙星系統或者多合星系統其中一顆先變成了白矮星時,這顆白矮星由於引力極端,會吸積另外還「活著」伴星的物質,特別是在伴星演化後期變成紅巨星時,體積膨脹,靠近了白矮星,這就為白矮星吸積創造了條件。

這樣白矮星就把伴星的物質拉扯到自己身上,讓自己變得越來越「重」,到達錢德拉塞卡極限,就爆發變異,讓自己再「光榮」一回。

夜空中最亮的恆星天狼星就是這樣一個雙星系統。

天狼星是距離我們很近的恆星,只有6.8光年,是一個雙星系統。

天狼星由一顆約太陽質量2倍的藍矮星和一顆太陽質量1倍的白矮星組成,分別被稱為天狼星A和天狼星B,當天狼星A演化後期變成紅巨星時,很可能就會發生白矮星「詐屍還魂」事件。

結論:白矮星是恆星的第三層屍骸,但它不甘心自己的死亡,有可能「借屍還魂」,向更高級的頂級、二級屍骸演化。

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