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暗物质与宇宙模型系列作品76。
白矮星是一种低光度、高密度、高温度恒星。白矮星是由简并电子的压力抗衡引力而维持平衡状态的致密星,因大多呈白色而得名。
2022年,英国华威大学天文学家发现一颗距离地球90光年的微弱白矮星,以及环绕其运行的行星系统残骸,它们具有100多亿年历史。
中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段,结束以氢聚变反应之后。将在核心进行氦聚变,将氦燃烧成碳和氧的三氦聚变过程,并膨胀成为一颗红巨星。
当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力而强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳。经过几百万年,氦核燃烧殆尽,恒星的结构组成已经不那么简单了:外壳仍然是以氢为主的混合物,而在它下面有一个氦层,氦层内部还埋有一个碳球。
核反应过程变得更加复杂,中心附近的温度继续上升,最终使碳转变为其它元素。与此同时,红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡。恒星半径时而变大,时而又缩小,稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球,火球内部的核反应也越来越趋于不稳定,忽而强烈,忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右,此时,在红巨星内部,已经诞生了一颗白矮星。
当恒星的不稳定状态达到极限后,红巨星会进行爆发,把核心以外的物质都抛离恒星本体,物质向外扩散成为星云的一部分,残留下来的内核就是白矮星。
白矮星通常都由碳和氧组成,也有可能核心的温度可以达到燃烧碳却仍不足以燃烧氖的温度,这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。偶尔有些由氦组成的白矮星,不过这是由联星的质量损失造成的。
白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应,因此恒星不再有能量产生。这时它也不再由核聚变的热来抵抗引力崩溃,而是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。对一颗没有自转的白矮星,电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量,也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量,有时经由伴星的质量传递,白矮星可能经由碳引爆过程而形成超新星。
白矮星形成时的温度非常高,但因缺乏能量来源,它逐渐释放热量并变冷,辐射逐渐减小并转变成红色。经过漫长的时间,白矮星将进一步冷却而成为黑矮星。
但是,白矮星往往会成为触发下一个恒星的触发星体,进入到下一个轮回,因此在宇宙中很难发现黑矮星。如果白矮星不能成为一个更大恒星的触发星体,那么物质循环将不可逆,宇宙中会大量散布黑矮星。
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