白矮星的生老病死:前世是恆星,結局是爆炸還是黑矮星?

2020-12-04 閒雲趣談科學

生命之美和死亡之美,無疑是兩種截然不同的美麗。任何生命都會經歷生與死,比如我們人類自己,再比如遙遠的太空中,那一顆顆星球。今天閒雲的文章,就和星球的「生老病死」有關,主角就是白矮星。聽名字你是不是有種猜測?這是不是一顆白色的、矮小的星球呢?確實如此。白矮星的顏色呈白色,體積對比恆星更是螞蟻比之大象,那它的生老病死是怎麼回事呢?我們來看看。

白矮星是矮星的一種,也是矮星中較獨立的一種天體。科學家們發現的最有代表性的白矮星是天狼星的伴星,我們把它稱之為天狼星B。天狼星B具有所有白矮星的特徵:密度大,約為1000萬噸/立方米。體積小,它的半徑和地球差不多,體積接近地球。質量高,它的質量約為1.1個太陽質量,也是目前觀測到的質量最大的白矮星。唯一有區別的是,它是一顆藍色的白矮星,這和其它白矮星不同。通過對天狼星B的簡單敘述,我們大致可以了解到白矮星的一些基本情況。

那白矮星的是怎麼誕生的呢?這就要說說它的前世了。白矮星的前世是恆星,在這裡拿太陽來舉例。太陽是一顆已經有46億壽命的恆星了,它現在就像是人類的青壯年時期,各個方面都是鼎盛期。但是太陽也處於一個不斷「進化」的過程中,它的下一個階段,就是紅巨星。當然這個時間是十分漫長的,大約有65億年。太陽的內部,正在不斷的劇烈的發生核聚變反應,每秒鐘就有約400萬噸的物質轉變成能量。可氫的含量雖然龐大,但終究是有限的,總有一天會燃燒完畢。

這時候,太陽的核心就會變成氦核心,只有太陽的「球殼」還存有微量的氫。且輻射能量的平衡狀態也會被打破,內核收縮,外殼膨脹,恆星就會變成紅巨星。紅巨星的核心為氦核,不是氫核。我們知道,氦氣是一種惰性氣體,所以它本身是沒有能源的。只有通過核聚變反應,才能助力恆星轉變成紅巨星。

而紅巨星也不是恆星的最終演變階段,白矮星才是。紅巨星的狀態並不會持續很久,它還是處在一個不穩定的階段。外殼不斷膨脹,內核不斷收縮,當外殼膨脹到一定程度時,它就會與內核分離。如果不出意外的話,它會通過劇烈的變化運動,形成行星狀星雲。而內核在與外殼分離後,也收縮到了一定的狀態,這時候的它,就成了白矮星。所以白矮星,就像是雞蛋裡面的「蛋黃」。

那白矮星的結局是什麼呢?一般認為有兩種情況,第一種就是變成黑矮星。白矮星在經過大量物質的損失後,其表面溫度會劇烈下降。下降的原因很簡單,因為核聚變反應已經消耗完了,不能夠再放出大量的能量了。這種情況下的白矮星,對宇宙空間的輻射幾乎停止,它本身也會冷卻晶體化,變成黑矮星。不過這需要的時間可能達到千億年,所以黑矮星也只是理論上存在。

另一種結局就是爆炸,這也是目前科學家觀測到的大多數白矮星的結局。白矮星爆炸時,會向宇宙空間拋射出大量的鐵、鎳等元素,科學家們就是觀測到這些「遺骸」才推斷出白矮星爆炸之謎的。白矮星爆炸的原因也十分多樣化,科學家們至今還沒有找到一個強有力的爆炸原因。白矮星的身上還有許多未解之謎,期待科學家們對它的探索,這或許能夠讓我們更精準地預測太陽的結局。

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    所謂的超新星爆發,是指大質量恆星在燃料耗盡、坍縮時通常可能發生的一次劇烈爆炸。根據卡普蘭的預測,這次爆炸將出現在10的32000次方(也就是1後面有32000個0,一張紙都寫不下)年以後。                                                            然而,卡普蘭的估算並未描述大質量恆星的死亡。它們可能在很早之前就已經死亡了:正如現在我們看看周圍,大恆星聚合越來越重的元素,直至成為鐵。鐵元素無法再聚合,並會累積在恆星內部,最終導致恆星坍縮和爆炸。
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    現在,伊利諾斯州立大學的一位理論物理學家計算出了可能會發生的最後一件有趣的事情--被稱為黑矮星的恆星爆炸,這些恆星甚至還不存在。雖然宇宙的最終命運仍有待討論,但最主要的假設之一就是它將要經歷「熱死」這個過程。
  • 黑矮星爆炸將可能會是宇宙中最後一件有趣的事情
    現在,伊利諾斯州立大學的一位理論物理學家計算出了可能會發生的最後一件有趣的事情--被稱為黑矮星的恆星爆炸,這些恆星甚至還不存在。目前,超新星是留給大質量恆星的爆炸末期。當這些巨大的熱核反應堆燃料耗盡時,核芯會坍塌並觸發超新星然後留下黑洞或中子星。較小的恆星像我們的太陽反而會膨脹成紅巨星,然後最終收縮成白矮星。由於這些白矮星本身通常沒有成為超新星的質量,所以它們會慢慢冷卻到太空的背景溫度。當這種情況發生時,它們會逐漸消失,進而凍結成固體並變成寒冷、黑暗的黑矮星。
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    黑矮星是假想中的恆星殘骸,是當一顆白矮星的溫度低到不再能發出可以被偵測到的光或熱的狀態。
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    黑矮星是假想中的恆星殘骸,是當一顆白矮星的溫度低到不再能發出可以被偵測到的光或熱的狀態。由於一顆白矮星要達到此種狀態所需要的時間遠高過當前已有137億年的宇宙年齡,因此在現今的宇宙中尚不可能有黑矮星的存在,而溫度最低的白矮星將會是宇宙年齡的一個觀測極限。另外,中子星如果沒有伴星提供質量讓它進一步坍縮為黑洞的話,它將通過減慢自轉以消耗角動量維持光度。當它的角動量消耗完以後,中子星也將變成不發光的黑矮星。