奇怪，恒星明明已经死亡，却反而更热了，死亡恒星为何也有热源

大约再过50亿年，我们的太阳就要结束主序星阶段，迎来它命运的终点。到那个时候，太阳的外壳将会开始膨胀，而内核则开始收缩，最终留下一颗白矮星。

白矮星是宇宙中大部分天体的归宿，但却不是终点。这种密度惊人的天体还拥有着极高的温度，甚至比主序星时期还要更热。虽然已经失去了核聚变产生能量，但它可能需要数万亿年才会彻底降温，变成一颗黑矮星。也就是说，在我们这个形成了138.2亿年的宇宙中，至今还没有一颗真正的黑矮星诞生。

奇怪的是，科学家发现，同样是白矮星，有一部分的降温速度明显比自己的同类要慢得多。由于辐射是相同的，那么科学家合理地推测：这些白矮星或许还有一个热源。

这就奇怪了，既然白矮星是死亡的恒星，已经没有核聚变了，它的热源又是从何而来的呢？

根据天文学家的计算，如果一颗恒星的质量小于太阳的8倍，那么它演化末期时内核的质量就无法超越钱德拉塞卡极限，只能变成一颗白矮星。就像我们开篇介绍的，白矮星的外壳会膨胀成为一个巨大的星云，然后弥散到宇宙中消失不见；而它的内核在结束氢聚变后，还会进行一段时间的氦聚变。最终，留下的白矮星的主要成分就是碳和氧，其质量最大可达太阳的1.4倍，表面温度则高达几千甚至数万摄氏度，核心温度更是可以超过10万摄氏度！

要知道，太阳的体积在银河系能排进前20%。由此可见，宇宙中只有极少一部分天体能够超越白矮星。只有整体质量超过太阳8倍，或者内核质量超过太阳的1.4倍，这颗恒星内核的巨大引力才会突破一种叫做电子简并的压力，以至于使内核彻底崩溃，形成更加致密的中子星。

作为致密星的一种，白矮星体积非常小，尽管质量可能比太阳还大，但是它们的体积甚至可能比行星还小。表面积小，就意味着散热要更慢一些。再加上十万摄氏度的超高温内核，以及宇宙空间的高度真空导致无法实现热对流、热传导等方式来实现导热，因此白矮星的降温是一个极其漫长的过程，以至于都超过了宇宙的年龄。

在所有白矮星中，有大约6%属于一种独立的分类，叫做Q支白矮星。它们的速度，甚至比上面说得还要慢。2019年的时候，约翰·霍普金斯大学天文学家程思浩所领导的一项研究表明，这种白矮星和其他白矮星相比，降温过程要推迟大约80亿年的时间。这个时间已经超过许多恒星的寿命了，因此非常值得注意。

当时，程思浩等人在研究后认为，白矮星中被发现的极少量的氖的同位素——氖-22或许是这类白矮星的额外热源。在氖-22向白矮星核心处下落的过程中，可能会产生额外的热量，为白矮星加温。

但是，最近来自伊利诺伊州立大学的Matt Caplan所领导的一支科学团队则在《天体物理学杂志通讯》上提出了一种新的观点。他们在利用分子动力学模拟和相图对程思浩等人的研究进行了验证，结果发现氖-22作为白矮星的热源是不太可能发生的事。

这是因为，在模拟的过程中他们发现：在以碳和氧为主的白矮星内部，氖-22微晶是不稳定的。它会有两种命运——

• 碳和氧的混合物温度过高，导致微晶融化，氖-22溶解到液体混合物中；
• 包括氖-22在内的混合物凝固。

就算混合物的温度不足以将微晶融化，但也超过了碳和氧的熔点，依然会导致氖-22的溶解。

接下来，他们利用相图进行了分析，看看混合物中氖的含量需要达到多少才能不被完全溶解并保持稳定。所谓的相图，指的是对混合物中不同成分在不同比例、温度或压力条件下的状态变化进行描述的图像，比如合金的相图等等。

（图片说明：研究团队绘制的碳-氧-氖三元相图）

研究团队在相图中发现，如果氖要在白矮星中保持平衡，其含量需要达到30%。然而事实是，一颗白矮星内氖的含量一般不超过2%，远远达不到这个要求。

所以，研究人员在论文中明确表示：“综上所述，我们认为碳-氧白矮星内部没有氖-22成团富集并保持稳定的条件。因此，我们不能用氖-22的增强扩散来解释Q支白矮星的问题。”

如果不是氖-22，那这种白矮星的额外温度又是从何而来的呢？

研究人员认为，虽然氖-22成团沉降的方式不太可能，但如果是单粒子沉降，还是有一点点可能的，不过这要求氖-22的含量达到6%。另外，他们也考虑了钠和镁，它们都是离碳和氧不远的元素，同样也有形成的可能。不过他们发现，和氖一样，含量比较少的情况下，这两种元素也不会稳定存在。

最后，他们找到了铁族元素。研究人员指出：和上述几种元素不同，铁可以很好地在碳氧混合物中独立存在，并且只需要0.1%的含量，就可以产生出足够多的热量。

计算结果表明：如果有一些天体物理学过程能够在白矮星内的铁含量富集到1%的程度，就足够让它的冷却时间延长数十亿年！

研究人员指出：“总之，这项研究提出了白矮星的冷却模型中需要有铁的加入，这就需要一个含有铁元素的新相图，以及一个通过铁族元素富集和粒度特征分子动力学进行的调查，这也是未来工作的主要目标。”