白矮星不断吞食伴星物质，增加自身质量，为啥体积反而变小呢？

这是一个有趣的问题，过去没注意到，也没有说过这个问题。要回答这个问题，我们首先要了解一下恒星演化后期的归宿：恒星的4种尸骸。

太阳类恒星的尸骸是白矮星

白矮星是中小质量恒星，也就是约太阳质量0.5倍~8倍之间这种不大不小的恒星，死后留下的尸骸。这个尸骸的质量在太阳0.2~1.4倍之间，从这个质量梯度来看，越小恒星留下的比例就越多，而到了7~8倍太阳质量恒星，死亡后留下的质量就只有不到20%了。

中小质量恒星在演化后期都会膨胀成为红巨星，然后外围物质渐渐消散在太空，成为新的星云物质，核心部分留下一个致密的核，这就是白矮星。白矮星的体积和地球差不多，但质量却有1个太阳左右，因此密度极高，达到每立方厘米1~10吨。（上图左为白矮星）

红矮星的尸骸是黑矮星

最小的恒星，即太阳质量的0.08~0.5倍之间的恒星，被称为红矮星。这种小质量恒星核心压力和温度达不到激发氦核聚变的能力，最终不会膨胀为红巨星，只会慢慢燃烧殆尽，成为一个黑矮星。但红矮星的寿命超长，越小越长，最小的红矮星寿命可达数千乃至数万亿年，因此有些红矮星的寿命可以延续到宇宙终结。

由于红矮星寿命超长，所以至今人类也没有发现黑矮星，因为所有的红矮星都正当青壮年，离变成黑矮星还早着呢。太阳系毁灭后，它们也还都活蹦乱跳着呢。由于红矮星有着超长的寿命，一般认为，红矮星是生命和文明的摇篮。

中大质量恒星的尸骸是中子星

太阳质量8倍以上的恒星，演化后期会发生超新星大爆发，最终在核心部分留下一个更加致密的核，这个核有两种，一种是中子星，一种是黑洞。一般认为30~40倍以下太阳质量的恒星，超新星大爆炸后，会留下一个中子星。

更大质量的恒星，留下的就是黑洞。中子星质量在太阳的1.44~3.2倍之间，半径只有10km左右，因此密度极高，达到每立方厘米1~10亿吨；

大质量恒星的尸骸是黑洞

超过太阳质量40倍以上的恒星，大爆炸后留下的是一个黑洞。黑洞都在太阳质量3倍以上，核心是一个无限小的重力点，又叫奇点，所有的质量都集中到这个体积无限接近零的奇点上，因此无法衡量其密度，也就是密度无穷大。

黑洞的表现是，围绕着奇点会有一个极端的球状对称空间，在这个空间里，理论上什么也没有，什么也看不到，什么也逃脱不了。人们把这个空间叫史瓦西半径，把空间内外交汇的球面叫事件视界。一个3倍太阳质量的黑洞，史瓦西半径不到9km。

从恒星留下的各种尸骸，我们可以看到，质量越大的恒星，留下的尸骸质量越大，密度越高，体积越小。这就为我们回答本问题得到了一个启示：在致密天体行列，质量越大体积越小。

宇宙中白矮星知多少？

在我们太阳系周边，已经发现了500余颗白矮星。距离我们8.6光年距离的天狼星，是一个双星系统，其中天狼星A是一个蓝矮星，约太阳质量的2倍，比太阳温度、光度高很多；天狼星B就是一颗白矮星，体积和地球差不多，质量却有太阳的1.1倍。

白矮星虽然温度很高，表面可以达到数万K，但由于太小，因此亮度就小。如天狼星B的亮度只有天狼星A约万分之一，天狼星A是夜空全天最亮的恒星，而天狼星B肉眼却无法看到。

虽然白矮星光度很小，用望远镜还是能够看到。早在1939年，科学家们就发现了18颗白矮星，现在通过巡天望远镜，更是已经发现了上万颗。据天文学家们估计，银河系的白矮星数量约占恒星总数的10%左右。

银河系有2000~4000亿颗恒星，按照这个规模，白矮星就有200~400亿颗。这个估计应该是基于宇宙年龄和恒星寿命得出的。

科学认为宇宙年龄约138亿岁，宇宙中像太阳质量8倍以下，0.8倍以上恒星约占恒星总量的20%左右，太阳寿命约100亿岁，这样，和太阳质量差不多的恒星就都应该死过一回了，因此宇宙中白矮星占恒星总量的10%左右，应该是一个较为保守的估计。

白矮星为什么会吸积呢？

在我们银河系乃至整个宇宙的恒星世界，像我们太阳这样的独生子的只是少数，多星系统约占整个恒星系统的60~70%，在多星系统中，中小质量恒星占绝大多数。这种恒星结构给白矮星吸积创造了条件。

决定恒星寿命的是恒星的质量，质量越大寿命就越短，质量越小寿命就越长，前面说的红矮星寿命超长就是这个道理。多星系统中每颗恒星质量是不可能完全一样的，寿命就有长有短，这样，先死去的恒星就会在系统中留下一颗白矮星。

天狼星双星系统就是一个例子，研究认为，现在的天狼星B，前身就是一颗约太阳质量5倍的蓝矮星，因此先去世留下了一颗白矮星。

白矮星是极端天体，引力极大。如天狼星B表面重力是太阳的64000多倍，是地球的180万倍，这样，白矮星将伴星的外围物质拉扯到自己身上就顺理成章了。天狼星A、B双星的平均距离只有20AU（天文单位，1AU约1.5亿千米），还不到我们与天王星的距离，天狼星A飘散的物质就会被天狼星B吸取。

特别是等到天狼星A演化后期，会膨胀成为红巨星，半径增大了200~300倍，外围物质就更送入了天狼星B的狼口了。宇宙中这种现象很多，这就是白矮星吸积发生的主要原因。

白矮星吸积后会发生什么呢？

前面已经说过，白矮星是有质量上限的，这个上限就是太阳质量的1.44倍。这个上限是印度裔美国科学家马尼扬·钱德拉塞卡发现的，由此他获得了1983年诺贝尔物理学奖，而他发现的这个上限就叫钱德拉塞卡极限。

因此，当一个白矮星不断的贪吃，将自己质量不断的加大时，就有可能超过钱德拉塞卡极限。到达这个极限，依靠电子简并压支撑的白矮星形态就再也撑不住了，就会进一步坍缩，成为一个更加致密的天体~中子星。

在成为中子星之前，白矮星要打几个饱嗝，这个饱嗝就会惊天动地，就是超新星爆发。科学家们把这种类型的超新星叫做la型超新星，la型超新星有一个特点，就是都在1.44倍太阳质量的时候发生，因此爆炸的威力和光度是基本一致的，这就为科学家们测量宇宙天体距离提供了一个准星，天文学家们把它叫做标准烛光。

超新星爆发的能量是巨大的，亮度很高。科学家们利用哈勃太空望远镜，发现最远的la型超新星距我们105亿光年，编号为SN UDS10Wil（上图）。

所有la超新星爆发能级和亮度都差不多，这样，科学家们就可以根据观测到的亮度得到星等，从而测算出它们与我们的距离。由此得到与它们同在一个星系或附近的恒星距离，再根据恒星距离和观测到的亮度光谱，得出恒星的质量和元素成分等一系列基本参数。这就是“标准烛光”的意义。

因此白矮星及其发生的la超新星爆发，对于人类了解和观测宇宙，有着十分重大的意义。

现在归根结底说说，白矮星吸积增加质量，为啥体积不会增大反而缩小？

相信看了前面的一些解释，朋友们已经得出了这么一个结论：质量越大的恒星残骸，体积相对会更小，这是个基本规律。根本原因是因为质量越大引力压缩力就越大，物质被压缩得就越致密，物质密度增大了，体积相对质量不就变小了？

当然这种现象只是在极高密度的天体上发生，在我们日常生活中，任何物质增加，同样体积也会增加，这是由于引力作用很小的缘故。但到了致密天体，就不是我们所了解的日常物质了。

我们知道，在地球上所有物质都是由原子组成的，而原子的电子外壳很大，原子核很小，但却占有了整个原子99.96%的质量，因此原子是一个虚空的世界，由原子组成的物质从某种意义上来说内部是虚空的。

但白矮星已经不是我们认识的地球任何物质了，由于极大的引力压力，组成白矮星的原子的电子外壳被压碎，所有电子游离成为自由电子，但原子核还是夹在电子的海洋中，依然保持着核子的形态。

这是由于电子们还在竭力维护自己的核心主子，它们依靠电子简并压抵抗着巨大的引力压，勉强维持着原子核的完整。但这种物质形态已经不是我们认识的物质形态了，是比地球任何物质都更紧密结实的物质了，其密度达到惊人的1~10吨/cm^3。

但如果白矮星再增加自身质量，引力压力就会进一步加大，超过了临界点，电子简并压就再也无法承受了，这个临界点就是1.44倍太阳质量。

白矮星不断的吸积贪吃，就会超过这个临界点，由此电子简并压被压塌，形成新的坍缩态势，粒子间的空隙就会大大缩小，体积当然就更小了。坍缩的结果就是电子被无情地挤压到原子核里面，与带正电的质子中和成为了中子，加上原子核里面原来的中子，整个原子就蜕变成为一个中子核。

中子核外部没有电子外壳，就一点空隙也没有了，整个星球的所有中子核就都挤在一起了。这样，整个星球就成为一个大中子核，这个星球就叫中子星。中子星是靠中子简并压勉强支撑着强大引力压，中子与中子之间还勉强有那么一点点空隙，因此中子星就还保持着有形的天体形象。

当中子星通过吸积增加质量，达到奥本海默极限时，中子简并压就也支撑不住了，就会继续坍缩成一个黑洞。奥本海默极限是犹太裔美国物理学家罗伯特·奥本海默发现的，奥本海默还是著名的科学组织家，是美国“曼哈顿计划”的主要技术负责人，这个计划研制出世界最早的原子弹。

奥本海默极限还没有一个准确上限值，一些科学观察研究认为，中子星上限值分为两种，一种是不旋转中子星，上限约2.16个太阳质量；一种是旋转中子星，上限为3.2个太阳质量。

关于为啥白矮星吸积质量越大体积越小的问题就回到到这里。可能朋友们会对文内的电子简并压和中子简并压有点疑惑，这是个什么压力呢？需要了解的可看如下延伸阅读。

延伸阅读：泡利不相容原理

所谓电子简并压和中子简并压是什么呢？这就需要了解泡利不相容原理了。这个原理是奥地利裔美籍物理学家沃尔刚夫·泡利发现的，为此他获得了1945年诺贝尔物理学奖。

这个原理是量子力学微观粒子运动基本规律之一，简单的原理就是在费米子组成的系统中，不能有两个或者两个以上的粒子处于完全相同状态。通俗的说，这些费米子粒子不能够相互挤在一起，它们之间会表现出不愿在一起的相互排斥力。

什么是费米子？是微观世界两大类基本粒子之一，一类为玻色子，另一类为费米子。在一个体系的量子态上，只允许容纳一个粒子，或者说自旋为半奇数的粒子，统称为费米子。具体说，就是中子、质子、电子都属于费米子。有人通俗的比喻，费米子就像一群玩耍的小孩子，他们在一个狭小空间，就会你推我搡，相互不让同伴靠近。

这种相互排挤的斥力就叫简并压，简并压的排斥力不属于四种基本力中的任何一种。四种基本力相互作用时需要交换媒介子，如引力需要引力子为媒介，电磁力需要光子为媒介，强力需要胶子为媒介，弱力需要玻色子为媒介。

简并压是粒子之间相互交换作用力产生的排斥力，其交换相互作用只发生在全同粒子之间，不需要任何媒介，本质上是一种波函数的干涉效应，因此也不涉及任何“力”。

这种斥力有点像分子热运动，温度升高，气体分子热运动加剧，气体的体积就增大，反之就缩小，这与任何“力”无关。电子简并压可以想象成由“电子热运动”产生的“电子气压”，因此简并压越深入到微观更深层次，物质空隙就越小，密度越大，斥力就越大，就能够抵御更大的引力压力。（其内能大小遵循的公式见上图）

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