白矮星和中子星的组成物质是什么啊?

题目

白矮星和中子星的组成物质是什么啊?
密度那么大,是由什么组成的呢?

答案

白矮星
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103千米.
（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103倍.
（3）质量小于1．44个太阳质量.
（4）密度高达106～107克／厘米3,其表面的重力加速度大约等于地球表面重力加速度的10倍到104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103℃.
（6）白矮星的磁场高达105～107高低
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.
根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万－10亿倍.在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了：电子脱离了原子轨道变为自由电子.
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.
中子星
中子星
中子星是处于演化后期的恒星,它也是在老年恒星的中心形成的.只不过能够形成中子星的恒星,其质量更大罢了.根据科学家的计算,当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星.
典型中子星的直径为20公里,质量约等于太阳的质量.因此,它们的密度极高,约为水的10的14次方倍,大体相当于原子核内部的密度.在某种程度上,中子星可以认为是由其自身引力吸在一起的巨核.在密度最大的中心处,物质据信主要是超子和介子.在中介层则多为中子,而且可能处于“超流”状态.尽管温度可能达到百万度的高温,最外面的1000米还是固体的.外壳由各种原子核组成的点阵结构和简并的自由电子气所组成.外壳内是一层主要由中子组成的流体,在这层中还有少量的质子、电子和μ介子.
对于中子星内部的密度高达10的16次方克/立方厘米的物态,目前有三种不同的看法：①超子流体；②固态的中子核心；③中子流体中的π介子凝聚.在极高密度下,当重子核心彼此重叠得相当紧密时(这种情形有可能出现于大质量中子星的中心部分),物质的性质如何,是一个完全没有解决的问题.中子星的质量下限约为0.1太阳质量,上限在1.5～2太阳质量之间.中子星半径的典型值约为10公里.密度最低的固态表面是高密度的铁.
中子星另一个重要特征是存在强度极高的磁场,超过10的12次方高斯,它使表层的铁聚合成长长的铁原子链：每个原子都被压缩并沿磁场被拉长,而且首尾相接,形成从表面向外伸出的“须状物”.在表面以下,由于压力太高,单个原子不能存在.它使中子星沿着磁极方向发射束状无线电波（射电波）.中子星自转非常快,能达到每秒几百转.中子星的磁极与两极通常不吻合,所以如果中子星的磁极恰好朝向地球,那么随着自转,中子星发出的射电波束就会象一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球,形成射电脉冲.人们又称这样的天体为“脉冲星”.1967年发现了脉冲星,首次证明了中子星的存在.现已发现1620多颗脉冲星,普遍认为它们就是旋转的中子星.蟹状星云脉冲星和船帆座脉冲星的脉冲周期极短,说明它们不可能是白矮星.据认为,脉冲星是由于它们的旋转和强磁场而产生的一种电动力学现象,就像发电机的情况一样.另有证据表明,某些双星X射线源也包含着中子星,它们似乎是由于压缩从伴星吸积到它们表面上的物质而发出X射线的.中子星据信是超新星爆发形成的,在该过程中,随着核心密度增至10趵15次方/立方厘米,中子压力便会顶住中心核的坍缩.若坍缩中心核的质量超过太阳质量的2倍,则不能形成中子星而可能变成黑洞.
中子星的外壳
中子星是一种比白矮星密度更大的恒星,主要是由中子以及少量的质子、电子所组成的超密恒星.1932年发现中子后不久,朗道就提出可能存在由中子组成的致密星.1934年巴德和兹威基也分别提出了中子星的概念,而且指出中子星可能产生于超新星爆发.1967年英国射电天文学家休伊什和贝尔等发现了脉冲星.不久,就确认脉冲星是快速自转的、有强磁场的中子星.它的外层为固体外壳,厚约1千米,密度为100万～1亿吨／厘米3,主要是由各种原子核组成的点阵结构和自由电子气.外壳内是一层主要由中子组成的流体,其密度大约为1亿～10亿吨／厘米3,在这一层中还有少量的质子、电子和μ介子.对于中子星中心部分的密度高达10亿吨／厘米3以上的物态,目前还存在着三种不同的观点：
（1）认为是超子（一种质量大于核子质量的粒子）流体；
（2）是固态的中子核心；
（3）是中子流体中的π介子凝聚.子、电子和μ介子凝聚.
中子星不仅密度高达1亿吨每立方厘米以上,而且它的磁场强度也高达1亿特斯拉以上.中子星的体积很小,它的半径的典型值约为10千米,质量下限约为0．1太阳质量,上限为1．5～2个太阳质量.
中子星爆发之前的表面
中子星是由恒星演化而来的.在中子星里,压力是如此之大,电子被压缩到原子核中,同质子中和为中子,使原子变得仅由中子组成.而整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的.可以这样说,中子星就是一个巨大的原子核,中子星的密度就是原子核的密度.
在形成的过程方面,当恒星外壳向外膨胀时,它的核受反作用力而收缩,核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列的物理变化,最后形成一颗中子星内核.而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命.这就是天文学中著名的“超新星爆发”.
银河系中著名的气体星云——蟹状星云的中心星就是一颗中子星（脉冲星）.蟹状星云通过X射线发射的能量比它在光学波段的能量高100倍左右.尽管如此,即使在可见光波段,这个星云的光度也是非常巨大的：它的距离为6,300光年,这样它的视亮度对应的绝对星等就是-3.2等左右,超过太阳光度的1000倍.它在所有波段的总光度估计是太阳光度的100,000倍,也就是5*10^38尔格/秒!
中子星是目前已知的恒星中最小的.由于中子星的体积很小,所以不能用热辐射接受器观测到.但接收到它们的射电脉冲,在研究脉冲星和双星X射线源时发现了它们.
天文信息
2007年3月20日光明网-光明日报：欧洲空间局的科学家最近宣布,他们借助强大的“Integral”天文望远镜,发现了迄今转速最快的中子星,每秒旋转1122圈,比地球自转快1亿倍.
最先观测到这颗星的西班牙天文学家库克勒说,早在1999年便已发现了这颗代号为J1739-285的中子星,但不久前才通过望远镜算出它的转速.
这颗中子星的直径约10公里,但质量却与太阳相近,其密度惊人,高达每立方厘米1亿吨.其巨大引力从临近恒星不断夺取大量炙热气体,并不断诱发热核爆炸.
天文学家正是通过这种现象发现了它.此前的中子星自转纪录是每秒716圈,恒星转速一般在每秒270-715 圈.700圈曾被认为是天体旋转极限,按目前的物理学理论,转速超过此极限,恒星将被强大离心力摧毁或化 为黑洞.但最新发现否定了这一看法.
理论上,每秒1122转并不是旋转极限,大型中子星转速有可能高达3000转.令天文学家困惑的是,为什么天体在高速旋转的强大离心力下,却依然会不断收缩,而且不损失自身物质.
中子星又称脉冲星,是除黑洞外密度最大的星体,同黑洞一样,也是20世纪60年代最重大的发现之一