本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。
問題：我一直為白矮星和中子星的大小問題而感到疑惑。然而這次我詢求的並不是它們的大小本身，而是當物質施加在它們身上時所引發的一系列變化。
用一個由一顆白矮星和一顆紅巨星組成的聯星系統來舉例，如果紅巨星的物質轉移到白矮星上，那麼白矮星的大小將如何隨著時間變化？這顆白矮星會因為這些附加質量而一直增大，直到它坍塌成一顆中子星？還是說它會因為質量過大而繼續收縮？同理，當一顆中子星吸積了足夠多的質量，最後它會演化成為一個黑洞。它們的大小是如何隨著質量增加而變化的呢？我曾經還一度認為它們的大小不會改變，可如今又不確定了。所以我的問題是，當物質施加到這類恆星上時，它們的大小將如何變化？
圖解 ：脈衝星PSR B1509-58的輻射，一個快速旋轉的中子星，使得周邊氣體X射線發光（金色，來自錢德拉）並且照亮星雲的其他部分，這裡以紅外線可見（藍色與紅色，來自WISE）。
答案：這些問題十分有趣，解釋也許會有點兒複雜，並且理論上和現實世界給出的答案不盡相同。白矮星（WD）和中子星（NS）屬於同一類惰性的自引力天體，它們通過氣壓去對抗引力坍縮。這些產生壓力的」大氣」可以是任意一種我們熟知的大氣，也可以是在白矮星和中子星上發現的簡併態物質。這類自引力天體還包括棕矮星和巨行星。事實上，如果你忽略那些化學成分且只考慮引力和壓力的話，巨行星其實就是質量極低的白矮星。物理有時候就是這麼簡單。
圖比較了八大行星的大小，左上為體積最大的木星，右下呈海藍色的為海王星
讓我們從一個小型巨行星——海王星入手。海王星完全靠氣體壓力和簡併壓力支撐。如果我們緩慢的朝海王星上施加重量，它的半徑會開始增大。當然，引力和壓力也會增大，但是不足以抗衡體積的增長。這些變化會持續發生直到這顆行星長到木星大小的幾十倍到幾百倍。
等到了那個時間點，引力和壓力克服了我們額外施加的質量，這顆行星便會開始變小。（記住我們施加的是惰性質量，如果我們施加的是可融合的氫，行星將會變成熔星。那將會是另一個完全不同的故事了！）如果你給這顆行星加上了一個太陽質量，你最終會得到一個地球大小的白矮星。
所以答案是，對於質量小於木星的星體，施加額外質量會導致它們體積增大。反之對於比木星重的星體，增加質量會導致它們的引力和壓力增大從而減小它們的體積。由於白矮星和中子星的質量遠遠大於木星，質量增加會導致它們的體積變小。
圖模擬了在一個聯星系統裡，白矮星正在將伴星的物質「吸走」
實際上，在一個聯星系統裡，如果伴星將物質傾倒在白矮星上後，一顆新星將會誕生，與爆發相伴隨的是大部分的吸積物質會被重新釋放回宇宙。如果一顆白矮星得到了足夠多的重量，它將會坍塌成一顆I型超新星。超新星的爆發過程可能會太過激烈，以致於之前內核形成的中子星無法被摧毀從而被噴射到宇宙中，白矮星在此過程中則會被炸的粉碎。另一方面，對於中子星來說，吸附太多質量將會最終坍塌從而演化成為黑洞。
圖為對中子星形象的模擬。由於其巨大的引力，光線像通過透鏡一樣發生彎曲，又稱引力透鏡效應。來源：Wikipedia
注釋：中子星其實是質量為10-29倍太陽質量的巨大恆星崩塌後壓縮成的核。如果不考慮誇張的夸克星和奇異星的話，中子星是最小也是密度最大的恆星。中子星的半徑只有10千米左右（6.2英裡），質量低於2.16個太陽質量。在大質量恆星發生超新星爆炸和引力坍縮後，內核從原先白矮星的密度被壓縮成了原子核密度，從而形成了中子星。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.Ask a Mathematician/Ask a Physicist-晦元誠之- Dave Kornreich
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