白矮星會不斷吸積,增加自身質量,為啥體積反而變小呢?

這是一個有趣的問題，過去沒注意到，也沒有說過這個問題。要回答這個問題，我們首先要了解一下恆星演化後期的歸宿：恆星的4種屍骸。

太陽類恆星的屍骸是白矮星

白矮星是中小質量恆星，也就是約太陽質量0。5倍~8倍之間這種不大不小的恆星，死後留下的屍骸。這個屍骸的質量在太陽0。2~1。4倍之間，從這個質量梯度來看，越小恆星留下的比例就越多，而到了7~8倍太陽質量恆星，死亡後留下的質量就只有不到20%了。

中小質量恆星在演化後期都會膨脹成為紅巨星，然後外圍物質漸漸消散在太空，成為新的星雲物質，核心部分留下一個緻密的核，這就是白矮星。白矮星的體積和地球差不多，但質量卻有1個太陽左右，因此密度極高，達到每立方厘米1~10噸。（上圖左為白矮星）

紅矮星的屍骸是黑矮星

最小的恆星，即太陽質量的0。08~0。5倍之間的恆星，被稱為紅矮星。這種小質量恆星核心壓力和溫度達不到激發氦核聚變的能力，最終不會膨脹為紅巨星，只會慢慢燃燒殆盡，成為一個黑矮星。但紅矮星的壽命超長，越小越長，最小的紅矮星壽命可達數千乃至數萬億年，因此有些紅矮星的壽命可以延續到宇宙終結。

由於紅矮星壽命超長，所以至今人類也沒有發現黑矮星，因為所有的紅矮星都正當青壯年，離變成黑矮星還早著呢。太陽系毀滅後，它們也還都活蹦亂跳著呢。由於紅矮星有著超長的壽命，一般認為，紅矮星是生命和文明的搖籃。

中大質量恆星的屍骸是中子星

太陽質量8倍以上的恆星，演化後期會發生超新星大爆發，最終在核心部分留下一個更加緻密的核，這個核有兩種，一種是中子星，一種是黑洞。一般認為30~40倍以下太陽質量的恆星，超新星大爆炸後，會留下一個中子星。

更大質量的恆星，留下的就是黑洞。中子星質量在太陽的1。44~3。2倍之間，半徑只有10km左右，因此密度極高，達到每立方厘米1~10億噸；

大質量恆星的屍骸是黑洞

超過太陽質量40倍以上的恆星，大爆炸後留下的是一個黑洞。黑洞都在太陽質量3倍以上，核心是一個無限小的重力點，又叫奇點，所有的質量都集中到這個體積無限接近零的奇點上，因此無法衡量其密度，也就是密度無窮大。

黑洞的表現是，圍繞著奇點會有一個極端的球狀對稱空間，在這個空間裡，理論上什麼也沒有，什麼也看不到，什麼也逃脫不了。人們把這個空間叫史瓦西半徑，把空間內外交匯的球面叫事件視界。一個3倍太陽質量的黑洞，史瓦西半徑不到9km。

從恆星留下的各種屍骸，我們可以看到，質量越大的恆星，留下的屍骸質量越大，密度越高，體積越小。這就為我們回答本問題得到了一個啟示：在緻密天體行列，質量越大體積越小。

宇宙中白矮星知多少？

在我們太陽系周邊，已經發現了500餘顆白矮星。距離我們8。6光年距離的天狼星，是一個雙星系統，其中天狼星A是一個藍矮星，約太陽質量的2倍，比太陽溫度、光度高很多；天狼星B就是一顆白矮星，體積和地球差不多，質量卻有太陽的1。1倍。

白矮星雖然溫度很高，表面可以達到數萬K，但由於太小，因此亮度就小。如天狼星B的亮度只有天狼星A約萬分之一，天狼星A是夜空全天最亮的恆星，而天狼星B肉眼卻無法看到。

雖然白矮星光度很小，用望遠鏡還是能夠看到。早在1939年，科學家們就發現了18顆白矮星，現在透過巡天望遠鏡，更是已經發現了上萬顆。據天文學家們估計，銀河系的白矮星數量約佔恆星總數的10%左右。

銀河系有2000~4000億顆恆星，按照這個規模，白矮星就有200~400億顆。這個估計應該是基於宇宙年齡和恆星壽命得出的。

科學認為宇宙年齡約138億歲，宇宙中像太陽質量8倍以下，0。8倍以上恆星約佔恆星總量的20%左右，太陽壽命約100億歲，這樣，和太陽質量差不多的恆星就都應該死過一回了，因此宇宙中白矮星佔恆星總量的10%左右，應該是一個較為保守的估計。

白矮星為什麼會吸積呢？

在我們銀河系乃至整個宇宙的恆星世界，像我們太陽這樣的獨生子的只是少數，多星系統約佔整個恆星系統的60~70%，在多星系統中，中小質量恆星佔絕大多數。這種恆星結構給白矮星吸積創造了條件。

決定恆星壽命的是恆星的質量，質量越大壽命就越短，質量越小壽命就越長，前面說的紅矮星壽命超長就是這個道理。多星系統中每顆恆星質量是不可能完全一樣的，壽命就有長有短，這樣，先死去的恆星就會在系統中留下一顆白矮星。

天狼星雙星系統就是一個例子，研究認為，現在的天狼星B，前身就是一顆約太陽質量5倍的藍矮星，因此先去世留下了一顆白矮星。

白矮星是極端天體，引力極大。如天狼星B表面重力是太陽的64000多倍，是地球的180萬倍，這樣，白矮星將伴星的外圍物質拉扯到自己身上就順理成章了。天狼星A、B雙星的平均距離只有20AU（天文單位，1AU約1。5億千米），還不到我們與天王星的距離，天狼星A飄散的物質就會被天狼星B吸取。

特別是等到天狼星A演化後期，會膨脹成為紅巨星，半徑增大了200~300倍，外圍物質就更送入了天狼星B的狼口了。宇宙中這種現象很多，這就是白矮星吸積發生的主要原因。

白矮星吸積後會發生什麼呢？

前面已經說過，白矮星是有質量上限的，這個上限就是太陽質量的1。44倍。這個上限是印度裔美國科學家馬尼揚·錢德拉塞卡發現的，由此他獲得了1983年諾貝爾物理學獎，而他發現的這個上限就叫錢德拉塞卡極限。

因此，當一個白矮星不斷的貪吃，將自己質量不斷的加大時，就有可能超過錢德拉塞卡極限。到達這個極限，依靠電子簡併壓支撐的白矮星形態就再也撐不住了，就會進一步坍縮，成為一個更加緻密的天體~中子星。

在成為中子星之前，白矮星要打幾個飽嗝，這個飽嗝就會驚天動地，就是超新星爆發。科學家們把這種型別的超新星叫做la型超新星，la型超新星有一個特點，就是都在1。44倍太陽質量的時候發生，因此爆炸的威力和光度是基本一致的，這就為科學家們測量宇宙天體距離提供了一個準星，天文學家們把它叫做標準燭光。

超新星爆發的能量是巨大的，亮度很高。科學家們利用哈勃太空望遠鏡，發現最遠的la型超新星距我們105億光年，編號為SN UDS10Wil（上圖）。

所有la超新星爆發能級和亮度都差不多，這樣，科學家們就可以根據觀測到的亮度得到星等，從而測算出它們與我們的距離。由此得到與它們同在一個星系或附近的恆星距離，再根據恆星距離和觀測到的亮度光譜，得出恆星的質量和元素成分等一系列基本引數。這就是“標準燭光”的意義。

因此白矮星及其發生的la超新星爆發，對於人類瞭解和觀測宇宙，有著十分重大的意義。

現在歸根結底說說，白矮星吸積增加質量，為啥體積不會增大反而縮小？

相信看了前面的一些解釋，朋友們已經得出了這麼一個結論：質量越大的恆星殘骸，體積相對會更小，這是個基本規律。根本原因是因為質量越大引力壓縮力就越大，物質被壓縮得就越緻密，物質密度增大了，體積相對質量不就變小了？

當然這種現象只是在極高密度的天體上發生，在我們日常生活中，任何物質增加，同樣體積也會增加，這是由於引力作用很小的緣故。但到了緻密天體，就不是我們所瞭解的日常物質了。

我們知道，在地球上所有物質都是由原子組成的，而原子的電子外殼很大，原子核很小，但卻佔有了整個原子99。96%的質量，因此原子是一個虛空的世界，由原子組成的物質從某種意義上來說內部是虛空的。

但白矮星已經不是我們認識的地球任何物質了，由於極大的引力壓力，組成白矮星的原子的電子外殼被壓碎，所有電子游離成為自由電子，但原子核還是夾在電子的海洋中，依然保持著核子的形態。

這是由於電子們還在竭力維護自己的核心主子，它們依靠電子簡併壓抵抗著巨大的引力壓，勉強維持著原子核的完整。但這種物質形態已經不是我們認識的物質形態了，是比地球任何物質都更緊密結實的物質了，其密度達到驚人的1~10噸/cm^3。

但如果白矮星再增加自身質量，引力壓力就會進一步加大，超過了臨界點，電子簡併壓就再也無法承受了，這個臨界點就是1。44倍太陽質量。

白矮星不斷的吸積貪吃，就會超過這個臨界點，由此電子簡併壓被壓塌，形成新的坍縮態勢，粒子間的空隙就會大大縮小，體積當然就更小了。坍縮的結果就是電子被無情地擠壓到原子核裡面，與帶正電的質子中和成為了中子，加上原子核裡面原來的中子，整個原子就蛻變成為一箇中子核。

中子核外部沒有電子外殼，就一點空隙也沒有了，整個星球的所有中子核就都擠在一起了。這樣，整個星球就成為一個大中子核，這個星球就叫中子星。中子星是靠中子簡併壓勉強支撐著強大引力壓，中子與中子之間還勉強有那麼一點點空隙，因此中子星就還保持著有形的天體形象。

當中子星透過吸積增加質量，達到奧本海默極限時，中子簡併壓就也支撐不住了，就會繼續坍縮成一個黑洞。奧本海默極限是猶太裔美國物理學家羅伯特·奧本海默發現的，奧本海默還是著名的科學組織家，是美國“曼哈頓計劃”的主要技術負責人，這個計劃研製出世界最早的原子彈。

奧本海默極限還沒有一個準確上限值，一些科學觀察研究認為，中子星上限值分為兩種，一種是不旋轉中子星，上限約2。16個太陽質量；一種是旋轉中子星，上限為3。2個太陽質量。

關於為啥白矮星吸積質量越大體積越小的問題就回到到這裡。可能朋友們會對文內的電子簡併壓和中子簡併壓有點疑惑，這是個什麼壓力呢？需要了解的可看如下延伸閱讀。