白矮星&中子星,恐怖的密度背后,源自于电子和中子的简并

我们都知道,恒星的晚年,也就是白矮星和中子星,它们虽然相较于处于“壮年”的恒星的温度较低,但是密度高呀。像白矮星,每立方厘米大约有一吨的质量,而中子星那就更厉害了,每立方厘米大约有一亿吨重。

那么由什么来支持着这些力呢,它总该有一个力跟它平衡吧?其实恒星到了晚年,内部结构会发生变化,进而形成电子简并态。有人可能会问:这与力有啥关系?其实电子简并态当中电子的相互运动会产生力,这个力就能跟白矮星的质量相平衡,维持住这颗白矮星不坍缩。

那么这个力有没有一个极限呢?起初人们以为没有。之后又一位叫钱德拉塞卡的科学家计算出,当白矮星的质量达到1.44个太阳质量时,这颗白矮星就会极其不稳定,这也就说明了白矮星内部电子简并态无法支持了,因而1.44个太阳质量就被称为钱德拉塞卡极限(其实现在科学家通过多种现象证明只需要接近1.44倍太阳质量电子简并态就无法维持住了,不需要正好达到)。

那没了电子简并态白矮星是不是就会无限制地坍缩呢?其实不会。因为当一颗白矮星质量等于或超过1.44个太阳质量时,它将会变成一颗中子星,内部会有中子简并态的存在,由中子运动产生力维持平衡。但这也是有一个界限的,就是3.2倍的太阳质量。也就是说,超过了这个极限,中子星就不稳定了。因为这是奥本海默发现的,因此被称为奥本海默极限。

那么超过3.2倍的太阳质量,连中子简并态也无法维持了将会怎样呢?这颗中子星就会继续坍缩,形成介于中子星与黑洞之间的其他类型的致密星,或者将直接坍缩到一个奇点,形成黑洞。

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