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1 # cnBeta
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2 # 時空通訊紅矮星和白矮星不是一碼事,紅矮星是恆星的一種,而且是恆星的主序星階段,紅矮星不會變成白矮星。
距離我們最近的一顆恆星~半人馬座a星的比鄰星就是一顆紅矮星。
紅矮星是小於太陽質量的小型恆星,其質量跨度很大,約太陽質量的7%以上到60%之間,表面溫度在2000~5000K。在我們銀河系,這種恆星可能佔據了80%以上。
紅矮星由於質量小,在恆星中相對中心壓力較低,氫核聚變反應速度較慢,因此壽命特長,至少在幾百億年以上,最長的壽命可能上萬億年。我們宇宙現在的年齡才138億歲,因此到現在為止,還沒有發現脫離主序星階段的紅矮星,更沒有死亡的紅矮星。
一般認為,紅矮星由於中心壓力較低,不足於引發還核聚變,只會在氫燃料不斷的消耗過程中慢慢收縮,直至氫元素耗盡,變成一個棕矮星,最終冷卻死寂成為一個黑矮星。
白矮星是中等質量的恆星死亡屍骸。比如我們太陽的歸宿就是先變成一個紅巨星,而後以白矮星結束。所以如果說紅巨星變成白矮星就是對的,是不是題主弄錯了中間一個字?
要成為一個白矮星,恆星的質量要求在太陽質量的0.8到8倍之間。就像我們太陽一樣,主序星壽命大概有100億年,現在已經約46億歲了,再過50~60億年,太陽中心的氫燃料就要燃燒殆盡,核聚變的張力再也抵消不了恆星本身的巨大引力壓力,中心就會陷入急劇的坍縮。由此中心壓力和溫度急劇升高,這時候就會引發已經積聚了100億年的氦元素髮生氦核聚變,生成碳元素。
這時劇烈的核聚變反應會導致氦閃,恆星外部的球殼部分受到溫度升高的影響開始膨脹,這就是紅巨星階段。這時太陽的半徑會膨脹200~300倍,吞噬掉水星、金星,地球能否倖免很難預料,但即使不被吞噬,也會被烤焦烤糊。
這個紅巨星外層由於中心引力已經很不穩定,會不斷的釋放氣體,經過億年的消融,這個外殼會全部擴散到了太空,成為新的再生星雲。
而中心的氦燃料燒完後,中等質量恆星沒有足夠的引力壓力激發碳核聚變,核聚變就會停止,殘留的太陽中心物質就會急劇坍縮成一個緻密的星球。這種星球只有地球大小,而質量卻有太陽的一半左右,巨大的收縮壓力把原子壓垮了,依靠電子簡併壓抵抗住了收縮壓,星球得以穩定下來,這就是白矮星。
如果是大於太陽質量的恆星形成的白矮星,這個白矮星質量還超過了太陽質量的1.44倍,電子簡併壓就無法抵抗重力的壓力,將繼續收縮,就會成為一箇中子星。
白矮星剛開始溫度很高,旋轉很快,每秒自轉一週;表面溫度可達10000~100000度,密度達到每立方厘米1~10噸。白矮星要經過幾十億年的冷卻,最終會變成一個冰冷的黑矮星。中子星的狀況比白矮星又極端多了,這裡就不展開來說了。
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一支國際天文學家小組指出,白矮星並不是恆星的終結點,因為古代恆星的垂死外殼,會凝固成巨大的“宇宙晶體”。
這項研究基於歐洲宇航局(ESA)蓋亞探測器收集到的資料,其致力於繪製一幅巨大的銀河系三維地圖。
當與太陽相當的恆星耗盡了“氫燃料”,就會膨脹成為一顆紅矮星。而等紅矮星的燃料核被耗盡,其外層會被逐漸吹散,裡面剩下的核就被稱作白矮星。
【白矮星“結晶”狀態的想象圖,University of Warwick / Mark Garlick】
即便如此,從紅矮星變成白矮星,也不意味著恆星進化之旅的終結。在數十億年的過程中,恆星殼會繼續放熱,直到核心最終冷卻到大約 1000 萬 °C。此時,恆星的最核心部分會開始結晶。
在結晶之前,原子被緊密地包裹在白矮星的核心中。它們的電子被剝奪,留下的‘電子氣’和帶正電荷的原子核,則以流體的形式存在著。
當轉變發生時,恆星內超高密度的原子會形成有序的結構並固化,類似於水從液態變成冰。然後內部形成金屬氧結晶,外部則是強化的碳地幔。
結晶的過程,會大幅減緩垂死恆星的冷卻,理論上可以延長多達 20 億年。五十年前的預測稱,這種轉變的開始,將伴隨著先前儲存在恆星體內的大量潛熱的釋放。
由於白矮星的生命週期非常清晰明瞭,天文學家能夠將它們作為估算附近恆星群年齡的工具。而結晶減緩的冷卻過程,會讓恆星顯得比實際更加年輕。
好訊息是,這項新研究有助於天文學家提升推測白矮星年齡的準確性。
藉助 ESA 蓋亞衛星收集的可見光和視差資料,華威大學物理系 Pier-Emmanuel Tremblay 博士帶領的天文學家小組,開始了尋找白矮星結晶的直接證據。
該團隊在位於地球 300 光年範圍內,挑選了 1.5 萬顆候選的白矮星,然後分析器亮度和色澤。
結果發現,某些具有特定顏色和光度的恆星群,與他們新提出的恆星演化模型相吻合。
這項發表在《自然》(Nature)雜誌上的研究,代表了白矮星“從液態轉變為固態”的第一個直接證據。原標題為:
《Core crystallization and pile-up in the cooling sequence of evolving white dwarfs》
作者指出,僅有的熱能釋放,還不足以證明他們的觀察結果。Tremblay 博士猜測,缺失的能量,或以重力能的形式釋放出來。
所有白矮星都會在進化過程中結晶,更大質量的會更快地完成這一過程。這意味著我們銀河系中有數十億顆白矮星已經完成了這個過程,形成了太空中的水晶球。
大約 100 億年後,我們的太陽,也會變成一顆白矮星。