白矮星晶化过程揭秘：宇宙中新型“钻石之星”的诞生

对我们来说，星星看上去就像是切割过的珠宝，在天鹅绒般黑暗的夜空下冷冷的闪烁着。而对于这些星星中的一部分来说，这可能是真的。

(资料图片仅供参考)

当某种类型的死星冷却时，它会逐渐变硬并结晶。天文学家已经在我们的宇宙后院里发现了一颗这样的恒星，它是一颗白矮星，主要由碳和金属氧组成，距离我们104光年远。它的温度-质量曲线表明，这颗恒星的中心正在逐渐转变成一颗致密、坚硬的“宇宙钻石”，由碳和氧结晶组成。

这一发现的详细内容发表在《皇家天文学会月刊》上的一篇论文中，感兴趣的朋友可以在预印本网站 arXiv 上找到。

澳大利亚南昆士兰大学的亚历山大·文纳（Alexander Venner）领导的一个国际天文学家团队写道：“在这项工作中，我们发现了一个新的类似天狼星的四重星系，距离为32秒差，由一个结晶白矮星伴星和之前已知的三重HD 190412组成。”

“由于它与这些主序伴星的关联，这是第一颗总年龄可以受到外部约束的结晶白矮星，我们利用这一事实，试图通过经验测量白矮星核心结晶引起的冷却延迟。”

宇宙中的一切都必须改变。悬挂在天空中的每一颗恒星，都因原子聚变产生的光而闪闪发亮，总有一天会耗尽燃烧的燃料，进化成新的东西。

对于绝大多数恒星（那些质量低于太阳8倍的恒星，包括太阳）而言，那将是一颗白矮星。

当燃料耗尽时，恒星的外层物质被剥离到周围的空间中，剩下的核心也不再受到核聚变提供的向外压力的支持，将坍缩成一个超高密度的物体，大小与地球（甚至月球）相当，但质量相当于1.4个太阳。

白矮星中的物质被高度压缩，但它会被一种叫做“电子简并压力”的东西阻止进一步的坍缩。没有两个电子可以占据相同的状态，这使得白矮星不会变得更稠密，就像在中子星或黑洞中看到的那样。

白矮星很昏暗，但它们仍然散发着余热。随着时间的推移，它们会变冷，当它们失去所有的热量，变成一团冰冷的结晶碳时，就会进化成一种叫做“黑矮星”的东西。

计算表明，这个过程需要很长很长的时间，大约会是万亿年。鉴于宇宙只有大约138亿年的历史，所以，我们并不指望能找到一个这样的东西。

我们所能做的就是，识别我们周围看到的白矮星核心开始结晶的迹象。

在结晶过程中，白矮星内部的碳原子和氧原子会停止自由移动，形成化学键，排列成晶格。能量在这个过程中被释放出来，这些能量会以热的形式消散。

这就在白矮星的冷却过程中产生了一种平台期或减速期，我们可以从恒星的颜色和亮度中观察到，这使它看起来比实际年龄更年轻。

为了准确地测量一颗恒星的亮度，你需要精确地知道它离我们有多远，近年来，由于盖亚任务（Gaia mission）进行了高精度的恒星测绘，所以，这一点变得更加可行。

这也意味着，我们现在可以更有信心地识别出结晶白矮星。

亚历山大·文纳和他的同事们正在使用盖亚的数据来搜索多个恒星系统，方法是识别那些与其他恒星之间的关联可能尚不清楚的恒星。

他们发现，最近发现的一颗白矮星（记住，这些东西非常暗淡）与一个被认为是三颗恒星的系统有引力联系，这个系统被命名为“HD 190412”。

这颗白矮星现在被命名为“HD 190412 C”，它的发现使三重体变成了四重体，但还有更多的事情要做。它的性质表明，它正在经历结晶过程。

这颗白矮星晶体是否为钻石尚不得而知，白矮星的密度约为每立方米100万公斤，而钻石的密度约为每立方米3500公斤。密度更高的碳的同素异形体确实存在；另一方面，太空中也确实漂浮着大量的钻石。

系统中的其他三颗恒星，使研究小组能够从外部限制白矮星的年龄 —— 这是以前没有对已知的结晶白矮星做过的事情。

该星系的年龄约为73亿年。这颗白矮星的年龄大约是42亿年。研究人员说，这一差异是31亿年，这表明结晶速度将这颗白矮星的冷却速度减慢了大约10亿年。

就其本身而言，这一年代测定并不足以改变我们的白矮星结晶模型，但这一发现以及它与地球的接近表明，可能还有更多这样的系统，我们可以利用它们来对这一迷人的过程进行基准测试。

最后，研究人员表示：“我们认为，这个系统的发现距离只有32秒差距，这表明类似天狼星的系统中可能有很多结晶白矮星。因此，未来的发现可能会允许对白矮星结晶模型进行更有力的测试。我们的结论是，HD 190412系统的发现为理解白矮星的结晶开辟了一条新的途径。”

这项研究已被《皇家天文学会月刊》接受，并可在arXiv上查阅。

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