中科大天文系课件-51白矮星

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1、§5.1白矮星恒星演化的晚期，当中心核的核反应停止之后，就会经引力坍缩而形成致密的天体，通常称为致密星。我们在本章中将要讨论的白矮星、中子星以及黑洞，都属于致密星。顾名思义，致密星应当是体积小、密度大的天体。观看视频:白矮星和伴星第一个被发现的白矮星是天狼伴星，它的质量在之间，光度为表5.1典型天体的密度与表面引力场强度天体名称平均密度（)引力强度参数（）地球5太阳1白矮星中子星黑洞1的1/360,颜色是白色，故半径很小，约5000o平均密度达白矮星由简并电子压支持引力，存在一个质量上限。当，白矮星的电子是非相对论简并的（），此时电子的简并压为这里，是每一电子对应的平均分子量，与通常

2、恒星中的平均分子量不同。如完全电离且绝大部分质量限于单一原子，；对，;其它元素〜2。当g/cm3,电子是相对论性简并的,白矮星的质量上限估计一一钱德拉塞卡极限我们可以估计一下相对论性简并情况下，白矮星的质量上限。设中心处重力与简并电子压相平衡，则有由此可见除了与组成有关的数值因子外，简并星的最大质量仅依赖于基本物理常数。1931年钱德拉塞卡经严格理论计算给出，白矮星的质量上限应当为白矮星的星体成分中几乎没有氢，主要是氨或者碳和氧，因此近似有故这一质量上限约为,即钱德拉塞卡极限。由此以及(4.5),可得白矮星的半径约为即大小与地球相仿。钱德拉塞卡发表他的计算结果后，当时曾引起过一场激烈

3、的争论。爱丁顿就曾把这一结果斥之为荒谬，因为这样一来，那些质量远大于太阳的恒星，其演化结果就不得而知了。但现在我们知道，钱德拉塞卡是对的，质量高达的恒星仍然可以形成白矮星，因为超过钱德拉塞卡极限的那些多余质量，都以星风或物质抛射的形式丢掉了。质量大于的恒星，在抛掉外层物质后将形成中子星或黑洞。由于没有了内部核反应，向外辐射的能量只能依靠消耗自身的热能，因此白矮星将逐渐冷却变暗。最后所有原子核的热运动几近停止，星体内部成为一种像晶格那样的结构，只有简并电子继续在晶格之间自由运动。这一过程可能会持续几十亿、甚至上百亿年的时间。当白矮星最终停止一切辐射时，就变成一颗冷暗的、地球尺度的巨大晶

4、体，其硬度甚至超过钻石，这就是黑矮星。当然，这是白矮星为单星时的演化结果。如果白矮星是与另一颗伴星形成密近双星，其后来的演化就取决于白矮星对伴星物质的吸积，演化的可能结果上一章已经作了讨论。