这种密度,仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量,那么原子核之间的电荷斥力,不足以对抗重力,电子会被压入原子核,而形成中子星。
大部分恒星的演化过程,都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出,一些质量略大的恒星,也可能最终演化成白矮星。双星或者多星系统中,由于星际物质的交换,恒星的演化过程可能与单独的恒星不同,例如天狼星的伴星,就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星,但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。
2.白矮星的特征
我们知道,天狼星的伴星,是第一颗被人们发现的白矮星,也是所观测到的最亮的白矮星。1982年出版的《白矮星星表》表明,银河系中有488颗白矮星,它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计,大约有3%的恒星是白矮星,但理论分析与推算认为,白矮星应占全部恒星的10%左右。目前人们已经观测发现的白矮星,有1000多颗。总的来说,凡是白矮星,他们的特征都是相同的。
白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高,具有以下几个特征:白矮星的质量,小于1.44个太阳质量;白矮星的体积小,它的半径接近于行星半径,平均小于1000千米;光度(恒星每秒钟内辐射的总能量,即恒星发光本领的大小)非常小,要比正常恒星平均暗1000倍;白矮星的表面温度很高,平均为103℃;白矮星的磁场,高达105~107高斯;白矮星的密度,高达106~107克/立方厘米,其表面的重力加速度,等于地球表面重力加速度的10~104倍。假如人能到达白矮星表面,那么他休想站起来,因为在它上面的引力特别大,以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。
3.白矮星的密度
我们不禁要问,白矮星的密度,为什么这样大呢?
人们知道,许多新星和矮新星是双星,其中一个子星就是白矮星。这些新星和矮新星,有一分钟到数十分钟的光度变化和X射线辐射,这可能同白矮星子星的脉动和物质吸积有关。目前的理论研究认为,白矮星是恒星演化的几种归宿之一:当恒星经过红巨星阶段,发生大量质量损失后,剩下的质量若小于1.44个太阳质量,这颗恒星便穿过主星序,而演化成白矮星。有人认为,白矮星的前身,可能是行星状星云的中心星,它的核能源已基本耗尽,整个星体开始慢慢冷却、晶化,直至最后“死亡”。在许多年老星团如毕星团中,也发现了白矮星,这与目前的理论预言是相符的。白矮星具有很强的表面引力,因而很早就观测到了谱线的引力红移,从而为验证相对论提供了实测的数据。
原子是由原子核和电子组成的,原子质量的绝大部分,集中在原子核上,而原子核的体积很小。比如,氢原子的半径为1亿分之一厘米,而氢原子核的半径只有10万亿分之一厘米。假如核的大小,像一颗玻璃球,则电子轨道将在2000米以外。而在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成为自由电子。这种自由电子气体,将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质,也将大大增多,密度大大提高了。形象地说,这时原子核,是“沉浸于”电子中。一般,把物质的这种状态,叫做“简并态”。简并电子气体压力,与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定。顺便提一下,当白矮星质量进一步增大,简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩,白矮星还会坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞。
对单星系统而言,由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却。经过100亿年的漫长岁月,年老的白矮星,将渐渐停止辐射而死去。它的躯体,变成一个比钻石还硬的巨大晶体-黑矮星而永存。而对于多星系统,仍是白矮星。
第五节中子星
1.中子星概述
中子星是各类宇宙天体的内含质核,在衰变演化过程中的暴露实体。稳定的中子星,多存在于各类活性宇宙天体之中。中子星,是宇宙天体的本源。在整个宇宙中,由各类中子星原体,形成各种活性宇宙天体;然而,又是各类活性宇宙天体,增殖和壮大了各类中子星。二者相辅相成,才构成了整个宇宙中,各种层次种类的天体系统。人们现在所能观测和发现的“中子星”(实际上全部是脉冲中子星),那只不过是天体衰变演化过程中,暴露出来的部分天体的裂变残核而已。
各类中子星同各类物质元素原子中的质核,是一样的,它们都有各自的内部结构。凡中子星的内部,都有一个中心质核,它完全是由正、负中子核对构成的,其天体核荷表现为中性。在围绕着中子星中心质核的空间轨道上,运行着一个或若干个(绝对超不过160个)游离主中子星子核。游离中子星子核,表现为天体正核荷。因此,所有中子星,都是带有天体正核荷的。凡游离中子星的内部,也都有一个中心质核,它们也完全是由正、负中子核对构成的,其天体核荷也表现为中性。在围绕着游离中子星中心质核的空间轨道上,也同样运行着一个或若干个(也绝对超不过160个)游离的分立核。
每个游离的分立核,又都各自带有一个天体正核荷。因此,一颗中子星本身所携带的天体正核荷数的多少,并不完全取决于它轨道上的游离中子星数,而是取决于其内部游离中子星所内含的全部游离分立核的总数。中子星是一切活性宇宙天体的原生质核和生长质核。
中子星及其内部的游离中子星以及游离中子星内部的游离分立核,按照极性都是呈逆时针(正向)自转的。一切游离中子星以及游离中子星内部的游离分立核的运行轨道,都是围绕中心质核呈逆时针(正向)公转的。在宇宙中,一切活性天体的物理性质和物理状态,都是由其内部中子星的结构和物理状态所决定的。在宇宙中,凡存在有多少种物质元素,就必然会存在多少种宇宙天体,同时,也就必然会存在多少种中子星。宇宙中活性天体的结构和物质元素原子的结构是一致的。宇宙中的中子星结构和物质元素中的核子结构也是一致的。宇宙中,各种脉冲中子星、类星体,以及天体衰变演化的其他物质形态,和核子物理中的介子、类介子以及粒子衰变演化的其他物质形态也是一致的。在它们之间,只有物场范围的不同,只有质能量大小的不同,而绝无物理性质的物质结构上的不同。
中子星具有这样的一些特征:有超高压强,超高温、超流、超导、超强磁场等性质。一颗自转的中子星,不仅发出无线电波,而且还发出所有类型的辐射和可见光脉冲。它的结构和地球类似,是分层的,最外一层是固体。它的表面温度有1000万℃,比太阳的表面温度高1000倍。
中子星怎么形成的问题,是有狭义和广义之分的。现在人们通常所指的,那只是狭义的,即脉冲中子星是怎样形成的。
但是,脉冲中子星和中子星,完全是两个不同质的概念,二者不应该混为一谈。中子星,是属于闭合态活性天体的范畴;而脉冲中子星,则属于开放态陨灭性天体的范畴。但是,其二者又是可以相互转化的。在一定条件下,中子星可以由闭合态转化为开放态,此时,自由中子星或活性天体,就会向陨灭性天体转化;相反,在一定条件下,脉冲中子星也可以由开放态转化为闭合态,此时,天体开放的脉冲辐射消失了,其自身的粒子交变场恢复了,它就会由陨灭性天体转化成为活性天体。此时,也只有在此时,它才真正成为下一个将要诞生的新的活性天体的原生质核。因此,脉冲中子星是天体衰变演化过程中的产物,它是陨灭性天体在爆发时的剥离残核,而决非是内核坍缩。
但是,从广义来说,中子星,是由宇宙物质元素的质核-中子和中子核,积聚而成的。宇宙中的物质是统一的,宇宙中的各种物质元素和基本粒子,都可以积聚而构成中子星的组元物质;而宇宙中的任何中子星,又都可以裂变分解成为各种物质元素和基本粒子。宇宙物质的裂-聚-裂无限循环和有限循环,这是全部宇宙物质成因学说的核心。宇宙中各类活性天体的初始形成,都是由一定空间磁场中稳定的本原中子星质核开始的。然而,中子星的成长和增殖,又都是在活性天体的内含之中进行的。任何宇宙天体,都有其诞生-成长-衰亡的自然演变过程。宇宙天体的诞生,是始于原生中子星质核,这个质核尽管可以是很小的。宇宙天体的成长,也是取决于其内含中子星质核的成长条件。这种成长的速度可以是很快的,也可以是缓慢的。一切依据其内在和外在的条件。
宇宙天体的衰亡,也是由其内含中子星质核的演变开始的。这种衰亡的速度可以是很快的,也可以是缓慢的。这也取决于天体内在和外在的条件。宇宙中的全部物质,都是循环发生的,一切依赖于内外条件。但是,条件只能加速或延缓其诞生、成长、衰亡的过程,却不能阻止和改变宇宙物质演变的自然发展规律。因此,中子星形成于宇宙天体的衰亡演化之中,又成长和增殖于宇宙天体的发展壮大中。因此,我们说,只有中子星,才是宇宙中的永恒天体。
2.白矮星、中子星、黑洞的性质
我们既然知道了什么是黑洞、白矮星和中子星,那么这三者之间究竟有什么区别呢?
白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小,所以被命名为白矮星。在演化后期,恒星抛射出大量的物质,经过大量的质量损失后,如果剩下的核的质量,小于1.44个太阳质量,这颗恒星便可能演化成为白矮星。
中子星,是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大。根据科学家的计算,当老年恒星的质量,大于10个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于10个太阳的恒星,往往只能变化为一颗白矮星。
黑洞其实也是个星球(类似星球),只不过它的密度非常非常大,靠近它的物体都被它的引力所约束,不管用多大的速度都无法脱离。跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由质量大于太阳质量20倍的恒星演化而来的。
黑洞也有灭亡的那天,由于黑洞无限吸引,但是总会有质子逃脱黑洞的束缚,这样日积月累,黑洞就慢慢地蒸发,到了最后就成为了白矮星,或者就爆炸,它爆炸所产生的冲击波,足以让地球毁灭1万次以上。科学家经常用天文望远镜,观看黑洞爆炸的画面。它爆炸所形成的尘埃,是形成恒星的必要物质。