什么是白矮星和中子星？

什么是白矮星和中子星？

白矮星和中子星都是恒星演化的终极产物。

白矮星是小质量恒星演化后的产物，主要由碳构成。当一颗小质量恒星（7倍以下太阳质量）演化到老年时，其外层气体会向外膨胀，成为一颗红巨星，但其内核却会因重力作用而向内收缩。当它的外层高温气体消散在宇宙空间后，其高温内核就会暴露出来，这就是白矮星。白矮星的质量上限大约为1.44倍太阳质量。这个质量限度称为“钱德拉塞卡极限”。

白矮星以体积小，高温度，亮度低，密度高，质量大为其特点。一颗典型的白矮星的大小与地球相当，但其物质以电子简并态存在，密度可达1吨/立方厘米；其温度可超过1万度，所以呈白色；由于尺度太小，所以亮度极低，不用天文望远镜是看不到的。正是因为它的密度极高，一颗为地球大小的白矮星，其质量却与太阳相当。

白矮星上已经没有了核聚变反应，其辐射能量都来自于它保留下来的原来恒星的能量，随着它向宇宙空间辐射光和热，白矮星的温度会逐渐降低，颜色也会越来越暗，直到成为一颗不能发光发热的结晶型黑矮星。由于白矮星的发光面积小，它的热量散失非常慢。科学家认为，从宇宙大爆炸发生以来，宇宙中还没有一颗白矮星完全冷却为黑矮星。

太阳演化的最终结局就是一颗白矮星。

不同质量恒星的演化

中子星也是恒星演化到终极时的产物。但中子星是中等质量恒星的最终结局。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，当老年恒星的质量为太阳质量的约8~30倍时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于8个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。当一颗大质量恒星演化到末期，经由重力崩溃发生超新星爆发之后，恒星核在内爆下继续被压缩，把电子也压缩进原子核，与质子结合转化为中子，这个恒星核就会演变为一颗中子星，而其外层物质则被超新星爆发完全抛离了。

中子星的密度极高，是除黑洞外密度最大的星体，密度为每立方厘米8^14~10^15克，相当于每立方厘米重1亿吨以上，最大可达10亿吨/立方厘米。此密度也就是原子核的密度，因此，中子星也可以看作是一个巨大的原子核。

中子星的温度比白矮星还要高，表面温度可超过1000万摄氏度，内部温度更可达60亿摄氏度。但中子星更小，据计算，典型中子星的直径为20公里，且其直径不能超过30公里。一颗典型的中子星质量介于太阳质量的1.35到2.1倍，最大不能超过太阳质量的3.2倍。中子星的这个质量上限称为“奥本海默极限”。

当恒星收缩为中子星后，因为角动量守恒，它的自转就会加快，能达到每秒几圈到几十圈。同时，收缩使中子星磁场增强，成为一块极强的“磁铁”，这块“磁铁”在它的某一部分向外发射出电波。当它快速自转时，就像灯塔上的探照灯那样，有规律地不断向地球扫射电波。此时的中子星也叫“脉冲星”。

当发射电波的那部分对着地球时，我们就收到电波；当这部分随着星体的转动而偏转时，我们就收不到电波。所以，我们收到的电波是间歇的。这种现象又称为“灯塔效应”。

中子星的“灯塔效应”

关于中子星的结构目前知道得还不是很清楚。其可能的结构为，一个典型中子星的半径只有10千米左右。中子星外部是一个固态的铁的外壳，大约厚1千米，密度在10^11~10^14克/立方厘米之间；内部几乎完全是中子组成的流体，密度为10^14~10^15克/立方厘米

中子星可能的结构

与白矮星一样，中子星也并不是恒星的最终状态，它还要进一步演化。由于它温度很高，能量消耗也很快，因此，它通过减慢自转以消耗角动量维持光度。当它的角动量消耗完以后，中子星将变成不发光的黑矮星。