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白矮星和中子星是如何形成的，上面的物质什么样？

2021-06-08 10:21:19 来源：网络整理作者：管理员

白矮星和中子星是恒星生命周期结束后的产物，虽说是恒星的墓碑，却并非一片死寂，相反，它们拥有极为强大的引力，会对周围的天体产生拉扯，对恒星进行吸附，构成它们的物质与地球上所见的一切物质都不相同，那么这些有趣的天体是如何形成的呢，上面的物质又是什么样子的呢？

在元素周期表中有118种已知的元素，这些元素性质各异，但有一点却是相同的，那就是它们都以原子或分子的形式存在着。原子是由原子核与核外电子所构成的，而分子又是由原子所构成的。在地球上，我们可以通过增大压力来使物质进行压缩，但如果想要压碎原子，那就不可能了。原子为什么无法被压碎，是什么支撑了原子的结构呢？从宏观视角来看，物质都是充实的，比如在我们看来，一个铁块是毫无缝隙的，但如果我们将其放在显微镜下就会发现，构成铁块的金属原子之间存在着极大的空隙，可以说空隙所占的面积比原子所占的面积还要大。

既然空隙如此大，原子是如何保持自身结构不被压碎的呢？是由于电磁作用力，因为电磁作用力为原子提供了一种斥力，而就是这种斥力支撑了物质的结构。

所以无论我们如何对物质施加压力，只会使得原子排布更加紧密，而原子本身的结构却不会发生丝毫改变。比如在木星的内部，由于强大的压力，氢气变为了液态，构成了一片氢的海洋，而海洋之下，由于压力更大，氢则变为了固态，呈现出金属的特性。然而氢气也好，金属氢也罢，氢原子本身的结构都是一样的。木星也好、地球也罢，终归只是行星，压力毕竟有限，但在恒星上就是另外一番景象了。

白矮星和中子星是如何形成的，上面的物质什么样？

在恒星生命的末期，恒星外部结构会急剧膨胀，并最终消散在太空之中，而内部则会在引力的作用下坍缩，最终变得极为致密。

此时压力之大并非地球和木星这样的行星所能够比拟，由电磁作用力支撑的原子结构崩塌了，电子不再整齐地排布在轨道之上，而是成为了游离的自由电子，不过好在这些自由电子最终顶住了压力，保住了原子核的完整性。

电子是靠什么顶住压力的呢？根据瑞士裔奥地利物理学家泡利所提出的泡利不相容原理，相同粒子会相互排斥，从而无法挤在一起，这似乎很像我们通常所说的同性相斥，电子与电子之间的这种斥力就被称之为“电子简并压”，正是电子简并压使破碎的原子得以维持一种稳定的状态，而这种状态的物质就被称之为电子简并态物质，白矮星就是由这种物质所构成的。

白矮星和中子星是如何形成的，上面的物质什么样？

白矮星作为一种极为致密的天体，其物质密度可以达到每立方厘米10吨左右，周围的物质会因白矮星强大的引力而被吸附，与此同时，白矮星的质量也会随之增加。

随着白矮星质量的增加，压力进一步增大，当白矮星质量达到太阳质量的1.44倍时，电子简并压也无法再与引力压力相抗衡，原子核被压碎了。游离的电子进入到原子核之中，与质子结合形成中子，好在中子之间也存在着相互的斥力，凭借着这种斥力，物质结构终于稳定住了，而这种物质就被称之为中子简并态物质，而由这种物质所构成的天体就被我们称之为中子星，所以我们也将这种物质通俗的称谓中子星物质。由中子星物质所构成的中子星比白矮星更加致密，其物质密度可以达到每立方厘米10亿吨。

白矮星和中子星是如何形成的，上面的物质什么样？

所以中子星通常很小，半径只有二三十公里，可质量却在太阳质量的1.44倍以上。

当然，也并非所有的中子星都是由白矮星通过吸收物质演变而来的，一般认为质量在太阳质量8倍以上，30倍以下的恒星，会在燃料耗尽之后通过超新星爆发直接生成为中子星。而质量更大的恒星，由于引力压力过于庞大，就连中子之间的相互斥力也无法与之抗衡，所以物质会不断坍缩下去，最终形成一个密度无限大、体积无限小的点，也就是我们所说的奇点，而在奇点周围会形成一个拥有无限空间曲率的范围，这就是宇宙间最神秘的天体，黑洞。

无论是白矮星、中子星还是黑洞，人类都已经证实了它们的存在，现在，我们不仅拥有黑洞的照片，更有数千颗记录在案的中子星，其中仅中国天眼建成之后新发现的中子星数量就达到了200颗以上，这个数字还在不断增加。

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