從紅矮星變成白矮星之後,恆星會在其生命末期迎來怎樣的變化?

Raymon725cnBeta


一支國際天文學家小組指出,白矮星並不是恆星的終結點,因為古代恆星的垂死外殼,會凝固成巨大的“宇宙晶體”。

這項研究基於歐洲宇航局(ESA)蓋亞探測器收集到的數據,其致力於繪製一幅巨大的銀河系三維地圖。

當與太陽相當的恆星耗盡了“氫燃料”,就會膨脹成為一顆紅矮星。而等紅矮星的燃料核被耗盡,其外層會被逐漸吹散,裡面剩下的核就被稱作白矮星。

【白矮星“結晶”狀態的想象圖,University of Warwick / Mark Garlick】


即便如此,從紅矮星變成白矮星,也不意味著恆星進化之旅的終結。在數十億年的過程中,恆星殼會繼續放熱,直到核心最終冷卻到大約 1000 萬 °C。此時,恆星的最核心部分會開始結晶。

在結晶之前,原子被緊密地包裹在白矮星的核心中。它們的電子被剝奪,留下的‘電子氣’和帶正電荷的原子核,則以流體的形式存在著。

當轉變發生時,恆星內超高密度的原子會形成有序的結構並固化,類似於水從液態變成冰。然後內部形成金屬氧結晶,外部則是強化的碳地幔。

結晶的過程,會大幅減緩垂死恆星的冷卻,理論上可以延長多達 20 億年。五十年前的預測稱,這種轉變的開始,將伴隨著先前存儲在恆星體內的大量潛熱的釋放。

由於白矮星的生命週期非常清晰明瞭,天文學家能夠將它們作為估算附近恆星群年齡的工具。

而結晶減緩的冷卻過程,會讓恆星顯得比實際更加年輕。

好消息是,這項新研究有助於天文學家提升推測白矮星年齡的準確性。

藉助 ESA 蓋亞衛星收集的可見光和視差數據,華威大學物理系 Pier-Emmanuel Tremblay 博士帶領的天文學家小組,開始了尋找白矮星結晶的直接證據。

該團隊在位於地球 300 光年範圍內,挑選了 1.5 萬顆候選的白矮星,然後分析器亮度和色澤。

結果發現,某些具有特定顏色和光度的恆星群,與他們新提出的恆星演化模型相吻合。

這項發表在《自然》(Nature)雜誌上的研究,代表了白矮星“從液態轉變為固態”的第一個直接證據。原標題為:

《Core crystallization and pile-up in the cooling sequence of evolving white dwarfs》

作者指出,僅有的熱能釋放,還不足以證明他們的觀察結果。Tremblay 博士猜測,缺失的能量,或以重力能的形式釋放出來。

所有白矮星都會在進化過程中結晶,更大質量的會更快地完成這一過程。這意味著我們銀河系中有數十億顆白矮星已經完成了這個過程,形成了太空中的水晶球。

大約 100 億年後,我們的太陽,也會變成一顆白矮星。


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