“夜空中的迷你精灵”——白矮星
夜空中镶嵌着形形色色的恒星,它们的质量、大小、光度、年龄都不尽相同,堪称几代同堂。年年岁岁花相似,岁岁年年“星”不同,天上的恒星也在随时间而演化,只不过这种演变的时间尺度非常长。恒星在演化晚期的死亡阶段,因能源耗尽而引力坍缩为个头非常小的高密度天体,即致密星,主要有白矮星、中子星、和黑洞三类。
恒星死亡时以何种致密星的形式而存在,主要取决于其质量。白矮星是质量小于8~10.8M⊙的主序星死亡后的产物,而大多数恒星的质量在约0.1到10M⊙之间,这意味着97%的恒星会演化为白矮星。因此,白矮星也是银河系中较为普遍的天体之一。
与正常恒星相比,白矮星是电子简并矮星,其典型特点是密度高(~g/cm3)、半径小(~10-2R⊙)、光度低、表面温度高。如果用白矮星这种高密度的材料做一块方糖,重量就相当于一辆小汽车!类似太阳这样的恒星,演化成白矮星后的质量大约为0.6M⊙,而体积却仅有地球那么大。
白矮星内部的电子简并压力与引力抗衡,从而维持白矮星稳定的结构,白矮星的质量和半径之间存在关系R∝M-1/3,即白矮星的质量越大,体积反而越小。
因此,白矮星的质量存在一个上限。年,钱德拉塞卡计算得出了白矮星的极限质量为1.44M⊙,称为“钱德拉塞卡极限”。钱德拉塞卡也因此获得了年的诺贝尔物理学奖。由于白矮星的上述种种独特性和神秘性,它一直都是天文学家非常感兴趣的天体。
图1.白矮星与其它天体的大小对比图(图源: