論述白矮星 中子星和黑洞的形成條件和物理特徵,並分析黑洞的奇

2021-07-02 11:47:15 字數 3467 閱讀 2246

1樓:匿名使用者

白矮星(white dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恆星。因為它的顏色呈白色、體積比較矮小,因此被命名為白矮星。白矮星是一種很特殊的天體,它的體積小、亮度低,但質量大、密度極高。

比如天狼星伴星(它是最早被發現的白矮星),體積比地球大不了多少,但質量卻和太陽差不多!也就是說,它的密度在1000萬噸/立方米左右。

根據白矮星的半徑和質量,可以算出它的表面重力等於地球表面的1000萬-10億倍。在這樣高的壓力下,任何物體都已不復存在,連原子都被壓碎了:電子脫離了原子軌道變為自由電子。

白矮星是一種晚期的恆星。根據現代恆星演化理論,白矮星是在紅巨星的中心形成的。

當紅巨星的外部區域迅速膨脹時,氦核受反作用力卻強烈向內收縮,被壓縮的物質不斷變熱,最終核心溫度將超過一億度,於是氦開始聚變成碳。

經過幾百萬年,氦核燃燒殆盡,現在恆星的結構組成已經不那麼簡單了:外殼仍然是以氫為主的混和物;而在它下面有一個氦層,氦層內部還埋有一個碳球。核反應過程變得更加複雜,中心附近的溫度繼續上升,最終使碳轉變為其他元素。

與此同時,紅巨星外部開始發生不穩定的脈動振盪:恆星半徑時而變大,時而又縮小,穩定的主星序恆星變為極不穩定的巨大火球,火球內部的核反應也越來越趨於不穩定,忽而強烈,忽而微弱。此時的恆星內部核心實際上密度已經增大到每立方厘米十噸左右,我們可以說,此時,在紅巨星內部,已經誕生了一顆白矮星。

[編輯本段]白矮星的密度

我們知道,原子是由原子核和電子組成的,原子的質量絕大部分集中在原子核上,而原子核的體積很小。比如氫原子的半徑為一億分之一釐米,而氫原子核的半徑只有十萬億分之一釐米。假如核的大小象一顆玻璃球,則電子軌道將在兩公里以外。

而在巨大的壓力之下,電子將脫離原子核,成自由電子。這種自由電子氣體將儘可能地佔據原子核之間的空隙,從而使單位空間內包含的物質也將大大增多,密度大大提高了。形象地說,這時原子核是「沉浸於」電子中。

一般把物質的這種狀態叫做「簡併態」。簡併電子氣體壓力與白矮星強大的重力平衡,維持著白矮星的穩定。順便提一下,當白矮星質量進一步增大,簡併電子氣體壓力就有可能抵抗不住自身的引力收縮,白矮星還會坍縮成密度更高的天體:

中子星或黑洞。

對單星系統而言,由於沒有熱核反應來提供能量,白矮星在發出光熱的同時,也以同樣的速度冷卻著。經過一百億年的漫長歲月,年老的白矮星將漸漸停止輻射而死去。它的軀體變成一個比鑽石還硬的巨大晶體——黑矮星而永存。

而對於多星系統,白矮星的演化過程則有可能被改變。

白矮星相關

白矮星屬於演化到晚年期的恆星。恆星在演化後期,拋射出大量的物質,經過大量的質量損失後,如果剩下的核的質量小於1.44個太陽質量,這顆恆星便可能演化成為白矮星。對白矮星的形成也有人認為,白矮星的前身可能是行星狀星雲(是宇宙中由高溫氣體、少量塵埃等組成的環狀或圓盤狀的物質,它的中心通常都有一個溫度很高的恆星——中心星)的中心星,它的核能源已經基本耗盡,整個星體開始慢慢冷卻、晶化,直至最後「死亡」。

白矮星,也稱為簡併矮星,是由電子簡併物質構成的小恆星。它們的密度極高,一顆質量與太陽相當的白矮星體積只有地球一般的大小,微弱的光度則來自過去儲存的熱能。在太陽附近的區域內已知的恆星中大約有6%是白矮星。

這種異常微弱的白矮星大約在2023年就被亨利·諾瑞斯·羅素、艾德華·查爾斯·皮克林和威廉·佛萊明等人注意到[3], p. 1白矮星的名字是威廉·魯伊登在2023年取的。白矮星被認為是低質量恆星演化階段的最終產物,在我們所屬的星系內97%的恆星都屬於這一類。

,中低質量的恆星在渡過生命期的主序星階段,結束以氫融合反應之後,將在核心進行氦融合,將氦燃燒成碳和氧的3氦過程,並膨脹成為一顆紅巨星。如果紅巨星沒有足夠的質量產生能夠讓碳燃燒的更高溫度,碳和氧就會在核心堆積起來。在散發出外面數層的氣體成為行星狀星雲之後,留下來的只有核心的部份,這個殘骸最終將成為白矮星。

因此,白矮星通常都由碳和氧組成。但也有可能核心的溫度可以達到燃燒碳卻仍不足以燃燒氖的高溫,這時就能形成核心由氧、氖和鎂組成的白矮星。同樣的,有些由氦 組成的白矮星是由聯星的質量損失造成的。

白矮星的內部不再有物質進行核融合反應,因此恆星不再有能量產生,也不再由核融合的熱來抵抗重力崩潰;它是由極端高密度的物質產生的電子簡併壓力來支撐。物理學上,對一顆沒有自轉的白矮星,電子簡併壓力能夠支撐的最大質量是1.4倍太陽質量,也就是錢德拉塞卡極限。

許多碳氧白矮星的質量都接近這個極限的質量,通常經由伴星的質量傳遞,可能經由所知道的碳引爆過程**成為一顆ia超新星。

白矮星形成時的溫度非常高,但是因為沒有能量的**,因此將會逐漸釋放它的熱量並解逐漸變冷 (溫度降低),這意味著它的輻射會從最初的高色溫隨著時間逐漸減小並且轉變成紅色。經過漫長的時間,白矮星的溫度將冷卻到光度不再能被看見,而成為冷的黑矮星。但是,現在的宇宙仍然太年輕 (大約137億歲),即使是最年老的白矮星依然輻射出數千度k的溫度,還不可能有黑矮星的存在 。

2樓:匿名使用者

任何一種事物都是有一定的存在期限的,恆星當然也不例外。

恆星也是有大小的。

如果質量很大,大到一定程度。到了生命的後期由於萬有引力的吸引,本身開始坍縮。但巨大的質量會是中心部分發生**,產生大量的核反應;我國在宋朝時曾有人觀測到超新星爆發的場面,這是世界上最早的關於超新星爆發的記載;

在**的內部,環境是相當惡劣的;這樣中心就被壓縮成了黑洞;

如果恆星沒有那麼大,**後則會形成中子星和白矮星之類的;

如果我們的太陽,成為的黑洞的話,他的直徑就會只有三公里;不過我們不用擔心,因為他的質量太小了。

白矮星,中子星和黑洞有哪些相同點

3樓:偷了月亮的喵

它們都是天體,都由物質構成。他們都是由恆星演化而來的。

白矮星是一種很特殊的天體,它的體積小、亮度低,但質量大、密度極高。比如天狼星伴星(它是最早被發現的白矮星),體積比地球大不了多少,但質量卻和太陽差不多!也就是說,它的密度在1000萬噸/立方米左右。

中子星的密度為10的11次方千克/立方厘米, 也就是每立方厘米的質量竟為一億噸之巨!對比起白矮星的幾十噸/立方厘米,後者似乎又不值一提了。 事實上,中子星的質量是如此之大,半徑十公里的中子星的質量就與太陽的質量相當了。

同白矮星一樣,中子星是處於演化後期的恆星,它也是在老年恆星的中心形成的。只不過能夠形成中子星的恆星,其質量更大罷了。根據

科學家的計算,當老年恆星的質量大於十個太陽的質量時,它就有可能最後變為一顆中子星,而質量小於十個太陽的恆星往往只能變化為一顆白矮星。

但是,中子星與白矮星的區別,決不只是生成它們的恆星質量不同。它們的物質存在狀態是完全不同的。

黑矮星,白矮星,中子星,黑洞的形成條件,質量上的,相對於太陽。求高手解惑。

4樓:溥印枝項賦

恆星開始坍縮,當內部原子失去結構變成中子質子電子的時候就變成白矮星,如果引力大於電子之間斥力的時候,質子和電子就會結合成中子形成中子星,如果引力大於中子間的斥力,就會變成黑洞。

5樓:仲秀芳沙秋

對不起,暫時只知道黑洞,就是當一顆恆星縮小到(前提是質量不變)瓦爾西半徑的時候就會形成黑洞,地球的瓦爾西半徑只有9毫米…太陽有幾千米,白矮和中子……我可以確定的是,它們都是恆星演化來的

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