给我介绍下什么叫红巨星、白矮星、黑矮星。

2025-03-04 22:32:19

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回答1：

白矮星(White Dwarf)是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星。也有人认为,白矮星的前身可能是行星状星云. 白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期，抛射出大量的物质，经过大量的质量损失后，如果剩下的核的质量小于1．44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为，白矮星的前身可能是行星状星云（是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质，它的中心通常都有一个温度很高的恒星──中心星）的中心星，它的核能源已经基本耗尽，整个星体开始慢慢冷却、晶化，直至最后“死亡”。白矮星具有这样一些特征：（1）体积小，它的半径接近于行星半径，平均小于10的3次方千米。（2）光度（恒星每秒钟内辐射的总能量，即恒星发光本领的大小）非常小，要比正常恒星平均暗10的3次方倍。（3）质量小于1．44个太阳质量。（4）白矮星密度高达1,000,000 g/cm3（地球密度为5.5g/cm3），一颗与地球体积相当的白矮星（比如说天狼星的邻星Sirius B）的表面重力约等于地球表面的18万倍。假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来，因为在它上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。（5）白矮星的表面温度很高，平均为10的3次方℃。（6）白矮星的磁场高达10的5次方--10的7次方高斯目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。天狼星(Sirius)的伴星是第一颗被人们发现的白矮星，也是所观测到的最亮的白矮星（8等星）。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3％的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10％左右。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。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。经过几百万年，氦核燃烧殆尽，现在恒星的结构组成已经不那么简单了：外壳仍然是以氢为主的混和物；而在它下面有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂，中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而又缩小，稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球，火球内部的核反应也越来越趋于不稳定，忽而强烈，忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右，我们可以说，此时，在红巨星内部，已经诞生了一颗白矮星。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。白矮星是恒星演化末期产生的天体。这些恒星不能维持核聚变反应，所以在经过氦（He)闪进化到红巨星阶段之后，他们会将外壳抛出形成行星状星云，而留下一个核聚变产生的的高密度核心，即白矮星。由于缺乏能量的来源，白矮星会逐步释放热能而发光而冷却。其核心靠电子的斥力对抗重力，其密度可达每立方厘米十吨。电子斥力不足以支持超过1.4倍太阳质量的白矮星，外壳的重力会进一步使恒星塌缩成中子星或者黑洞。这个过程中经常伴随着超新星爆发。释放能量会造成恒星逐步冷却，表面温度逐渐降低，恒星的颜色也会随之变化。经过数千亿年之后，白矮星会冷却到无法发光，成为黑矮星。但是目前普遍认为宇宙的年龄（150亿年）不足以使任何白矮星演化到这一阶段。【形成】白矮星是中低质量的恒星的演化路线的终点。在红巨星阶段的末期，恒星的中心会因为温度、压力不足或者核聚变达到铁阶段而停止产生能量（产生比铁还重的元素不能产生能量，而需要吸收能量）。恒星外壳的重力会压缩恒星产生一个高密度的天体。一个典型的稳定独立白矮星具有大约半个太阳质量，比地球略大。这种密度仅次于中子星和夸克星。如果白矮星的质量超过1.4倍太阳质量，那么原子核之间的电荷斥力不足以对抗重力，电子会被压入原子核而形成中子星。大部分恒星的演化过程都包含白矮星阶段。由于很多恒星会通过新星或者超新星爆发将外壳抛出，一些质量略大的恒星也可能最终演化成白矮星。双星或者多星系统中，由于星际物质的交换，恒星的演化过程可能与单独的恒星不同，例如天狼星的伴星就是一颗年老的大约一个太阳质量的白矮星，但是天狼星是一颗大约2.3个太阳质量的主序星。白矮星螺旋在大约1,600光年远的一个叫做J0806的非常著名的双星系统里，两个致密的白矮星每321秒绕各自的轨道旋转一周。钱德拉天文台天文学家的X射线波段数据分析反驳了一个已经给人留下深刻印象的观点：这两颗白矮星的短轨道周期处于一种稳定的状态，当他们的螺旋凑的越近，他们的周期越短。即使它们是分开有80,000公里的两个星(地球与月亮的距离是 400,000 公里)，它们也注定要合并的。根据这个艺术家般的观点描述，著名的J0806系统螺旋毁灭的原因便是同爱因斯坦相对论中预言的那样：白矮星由于重力波产生的影响而最终丧失它的轨道能量。事实上，J0806可能是我们银河系重力波最明亮的光源之一,可以直接利用未来设立在太空的重力波工具捕获。这两颗白矮星会很快碰撞合并在一起,如果质量足够大,就会演变成中子星; 如果质量不到1.4倍太阳的质量,那么合并成一个"大的"白矮星.

回答2：

黑矮星是恒星末期超新星爆发以后,达不到形成黑洞的质量留下的冷核黑矮星 (Black dwarf) 是类似太阳大小的白矮星继续演变的产物，其表面温度下降，停止发光发热。由于一颗恒星由形成至演变为黑矮星的生命周期比宇宙的年龄还要长，因此现时的宇宙并没有任何黑矮星。假如现时的宇宙有黑矮星存在的话，侦测它们的难度也极高。因为它们已停止放出辐射，纵使有也是极微量，且多被宇宙微波背景辐射所遮盖，因此侦测的方法只有使用重力侦测，但此方法对於质量较少的星效用不大。和褐矮星不同的是，褐矮星质量太少，其重力不足以把氢原子产生核聚变，黑矮星由于有足够质量，在它们主序星的年代能够发光发热。构成类似恒星，但质量不够大，不足以在核心点燃聚变反应的气态天体。其质量在恒星与行星之间。褐矮星是处于最小恒星与最大行星之间大小的天体，由于这一原因褐矮星非常暗淡，要发现它们十分复杂，因此要确定它们的大小就更加复杂。但是最近天文学家成功地发现了组成双星系统的两颗褐矮星，在确定它们围绕共同重心运行的参数之后，计算出这两颗褐矮星的重量和大小。天文学家花了12年研究才发现这两颗褐矮星，总共观察了300多个夜晚和进行了1600次测量，结果计算出两颗相当年轻褐矮星（还不满100万年）全部必需的参数，它们位于离开地球1500光年的猎户星座。双星系统中较大一颗褐矮星直径超过木星50倍，而较小一颗褐矮星直径比木星大30倍，也就是说，它们的直径分别为太阳直径的70%和50%。尽管它们初看起来不算矮小，但是它们的质量分别仅为太阳质量的5.5%和3.5%。天文学家还意外发现较轻褐矮星表面的温度更高些，虽然“普通”恒星的情形相反：恒星质量越大，它就越炽热。或许，引起这反常现象的原因在于某种物理作用过程，现代恒星结构理论没有考虑到这种物理作用过程（比如恒星的强烈磁场）。此外，这两颗褐矮星可能不是同时形成，也不是在同一地点形成，而是由于某种灾变而结合在一起，因此它们的表面温度不同，但是这一切暂时仍只是一种假设。褐矮星被称为“失败的恒星”，它由于质量不足无法成为燃烧的恒星，但其质量仍远大于太阳系最大的行星木星。天文学家在这些古怪的星球上发现了巨大的类似行星的风暴，这种风暴足以与木星上的大红斑风暴媲美。由于褐矮星会随时间的推移冷却下来，该星球上气态的铁分子就会浓缩成液态的铁云和铁雨。随着进一步的冷却，巨大的风暴就会扫过这些云层，让明亮的红外线逃逸到宇宙中。

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