白矮星会不断吸积,增加自身质量,为啥体积反而变小呢?
【白矮星会不断吸积,增加自身质量,为啥体积反而变小呢?】这是一个有趣的问题 , 过去没注意到 , 也没有说过这个问题 。 要回答这个问题 , 我们首先要了解一下恒星演化后期的归宿:恒星的4种尸骸 。
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太阳类恒星的尸骸是白矮星
白矮星是中小质量恒星 , 也就是约太阳质量0.5倍~8倍之间这种不大不小的恒星 , 死后留下的尸骸 。 这个尸骸的质量在太阳0.2~1.4倍之间 , 从这个质量梯度来看 , 越小恒星留下的比例就越多 , 而到了7~8倍太阳质量恒星 , 死亡后留下的质量就只有不到20%了 。
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中小质量恒星在演化后期都会膨胀成为红巨星 , 然后外围物质渐渐消散在太空 , 成为新的星云物质 , 核心部分留下一个致密的核 , 这就是白矮星 。 白矮星的体积和地球差不多 , 但质量却有1个太阳左右 , 因此密度极高 , 达到每立方厘米1~10吨 。 (上图左为白矮星)
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红矮星的尸骸是黑矮星
最小的恒星 , 即太阳质量的0.08~0.5倍之间的恒星 , 被称为红矮星 。 这种小质量恒星核心压力和温度达不到激发氦核聚变的能力 , 最终不会膨胀为红巨星 , 只会慢慢燃烧殆尽 , 成为一个黑矮星 。 但红矮星的寿命超长 , 越小越长 , 最小的红矮星寿命可达数千乃至数万亿年 , 因此有些红矮星的寿命可以延续到宇宙终结 。
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由于红矮星寿命超长 , 所以至今人类也没有发现黑矮星 , 因为所有的红矮星都正当青壮年 , 离变成黑矮星还早着呢 。 太阳系毁灭后 , 它们也还都活蹦乱跳着呢 。 由于红矮星有着超长的寿命 , 一般认为 , 红矮星是生命和文明的摇篮 。
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中大质量恒星的尸骸是中子星
太阳质量8倍以上的恒星 , 演化后期会发生超新星大爆发 , 最终在核心部分留下一个更加致密的核 , 这个核有两种 , 一种是中子星 , 一种是黑洞 。 一般认为30~40倍以下太阳质量的恒星 , 超新星大爆炸后 , 会留下一个中子星 。
更大质量的恒星 , 留下的就是黑洞 。 中子星质量在太阳的1.44~3.2倍之间 , 半径只有10km左右 , 因此密度极高 , 达到每立方厘米1~10亿吨;
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大质量恒星的尸骸是黑洞
超过太阳质量40倍以上的恒星 , 大爆炸后留下的是一个黑洞 。 黑洞都在太阳质量3倍以上 , 核心是一个无限小的重力点 , 又叫奇点 , 所有的质量都集中到这个体积无限接近零的奇点上 , 因此无法衡量其密度 , 也就是密度无穷大 。
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黑洞的表现是 , 围绕着奇点会有一个极端的球状对称空间 , 在这个空间里 , 理论上什么也没有 , 什么也看不到 , 什么也逃脱不了 。 人们把这个空间叫史瓦西半径 , 把空间内外交汇的球面叫事件视界 。 一个3倍太阳质量的黑洞 , 史瓦西半径不到9km 。
从恒星留下的各种尸骸 , 我们可以看到 , 质量越大的恒星 , 留下的尸骸质量越大 , 密度越高 , 体积越小 。 这就为我们回答本问题得到了一个启示:在致密天体行列 , 质量越大体积越小 。
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宇宙中白矮星知多少?
在我们太阳系周边 , 已经发现了500余颗白矮星 。 距离我们8.6光年距离的天狼星 , 是一个双星系统 , 其中天狼星A是一个蓝矮星 , 约太阳质量的2倍 , 比太阳温度、光度高很多;天狼星B就是一颗白矮星 , 体积和地球差不多 , 质量却有太阳的1.1倍 。
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白矮星虽然温度很高 , 表面可以达到数万K , 但由于太小 , 因此亮度就小 。 如天狼星B的亮度只有天狼星A约万分之一 , 天狼星A是夜空全天最亮的恒星 , 而天狼星B肉眼却无法看到 。
虽然白矮星光度很小 , 用望远镜还是能够看到 。 早在1939年 , 科学家们就发现了18颗白矮星 , 现在通过巡天望远镜 , 更是已经发现了上万颗 。 据天文学家们估计 , 银河系的白矮星数量约占恒星总数的10%左右 。
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