白矮星密度 白矮星密度是多少

2019-02-05 - 白矮星

  探索宇宙网小编今天带你了解"白矮星密度是多少":

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。比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多!也就是说,它的密度在1000万吨/ 立方米左右。

白矮星密度

白矮星,密度极高的天体

根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万-10亿倍。在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了,电子脱离了原子轨道变为自由电子。白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论,白矮星是在红巨星的中心形成的。

白矮星密度

白矮星与地球的大小比

当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳。

白矮星是星球的末日

据国外媒体报道,任何一颗恒星都要面对生命终结的那一刻,毫无疑问,那将是一个真正的末日场景。在四十亿至五十亿年之后,我们的太阳也将消耗尽所有的燃料,届时会演化成一个臃肿的红巨星,在这个阶段太阳将会变得异常巨大,位于轨道内侧的行星会被火球吞噬,地球也未能幸免。此后太阳质量将大幅度降低,周围瓦解成行星状星云。

白矮星密度

最后留下一颗体积与地球相当的白矮星,而位于太阳系内侧的行星在红巨星阶段被火球吞噬后,潮汐力的作用也将彻底摧毁火星轨道以内幸存的行星,它们变成一团巨大的尘埃或者碎片云继续坠入太阳核心。

白矮星密度

目前,隶属于美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜获得了关于这幅末日景象的观测数据,来自沃里克大学的天文学家们发现了四颗处于低质量恒星生命最后阶段的白矮星在它们的外层大气中包裹着行星状尘埃云,为我们提供了难得一见的太阳系未来将面对"末日景象"。

太阳系将随着太阳终结而走向灭亡

这四颗白矮星中,有一颗被天文学家编号为PG0843 516,它比其他三颗白矮星更加令人注目,因为它的大气中存在相当多的铁、镍以及硫元素。这些元素并不罕见,它们正是构成岩质行星的内核的特殊元素。在行星演化时,引力把这些元素吸引到核心区域,这一现象在天文学上称为"行星分化",指一颗行星形成时,行星的物质根据密度上的差异性而发生分离的现象。

在体积比较大的岩质行星上,比如地球,在分化过程中逐渐形成了地核、地幔、地壳,可能的话,还会对构造活动产生影响。

天狼星双星系统B星

被一团行星状星云围绕的白矮星是一种较为奇特的天文现象,中低质量的恒星如太阳在演变成红巨星之后,无法维持较高的温度以供氢和碳继续燃烧,位于最外层的气体将会逐渐变成行星状星云,而内部的一小颗如地球大小的物体就是燃烧剩下的残骸,也就是白矮星。

在这样极为恐怖的恒星末日中,伴随出现的极端潮汐力和动力学上的不稳定性足以粉碎处于内侧轨道上的行星。而这四颗新发现的白矮星例子便是我们太阳系在未来数十亿年后必然将经历的场景。

科学家对这四颗白矮星进行了大气分析,发现它们都存在氧、镁、铁以及硅元素,值得一提的是,这些元素都是白矮星周围各种岩质行星的基本组成元素,更有趣的是,这四种元素在地球上占到了93%。除了这些关键性的元素外,科学家还探测到碳元素在其中只占到较少的比例,这点与太阳系内岩质行星的碳元素比例相符。这同时也是首次在白矮星周围的行星状尘埃碎片中检测到相似比例的碳元素含量。

类地行星拥有与地球相似构造

虽然"类地行星"这个天文学上专有术语常常在一些系外行星探索的研究或者报道中被错误使用,但是沃里克大学的天文学家们敏锐地意识到在白矮星周围发现这些元素意味着什么。我们地球大部分的质量由铁、氧、硅以及镁元素构成,而在中低质量恒星的晚年弥留之际形成的行星状星云中发现这些与地球极为相似的岩质行星元素残骸,说明了我们已经看到了地球在数十亿年之后注定要面对的末日情景。

本项研究的首席研究员鲍里斯·甘斯克认为:"我们今天看到的位于数百光年处的白矮星很可能是地球遥远未来的真实写照。"虽然我们目前对系外行星在主恒星灭亡时被吞噬或者在潮汐力作用下化为碎片尘埃的物理特征掌握地并不多,但可以肯定在是,所发现的碎片残骸以及组成行星的基本元素,都可以在太阳系的行星中找到,比如水星、金星、地球、火星还有小行星,这些岩质具有陆地表面的行星,而现在它们存在于白矮星的尘埃之中。

同时,这些元素的比例也是类地行星的基本配置。

红巨星阶段的太阳将摧毁火星轨道以内的行星

另外,白矮星的引力场应该很快会把这些元素消耗殆尽,事实上科学家们在检测白矮星大气组分时就发现了这一情况,暗示了曾经环绕在白矮星周围的行星被彻底撕裂成碎片以及尘埃。对此,研究人员对这四颗白矮星进行了估算,每秒大约会形成将近一百万千克的行星物质如同下雨般坠落到白矮星表面。更重要的是,科学家们正在目睹了这些曾经如太阳系般充满生机的行星系统在生命的最后阶段进行垂死挣扎的情景。

白矮星的密度

我们知道,原子是由原子核和电子组成的,原子的质量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一亿分之一厘米,而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球,则电子轨道将在两公里以外。

而在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成自由电子。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着。经过一百亿年的漫长岁月,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,白矮星的演化过程则有可能被改变。

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