「天文在线」白矮星或中子星的质量变化后会发生什么？中子星|天文|木星|科技

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问题：我一直为白矮星和中子星的大小问题而感到疑惑。然而这次我询求的并不是它们的大小本身，而是当物质施加在它们身上时所引发的一系列变化。

用一个由一颗白矮星和一颗红巨星组成的联星系统来举例，如果红巨星的物质转移到白矮星上，那么白矮星的大小将如何随着时间变化？这颗白矮星会因为这些附加质量而一直增大，直到它坍塌成一颗中子星？还是说它会因为质量过大而继续收缩？同理，当一颗中子星吸积了足够多的质量，最后它会演化成为一个黑洞。它们的大小是如何随着质量增加而变化的呢？我曾经还一度认为它们的大小不会改变，可如今又不确定了。所以我的问题是，当物质施加到这类恒星上时，它们的大小将如何变化？

图解：脉冲星PSR B1509-58的辐射，一个快速旋转的中子星，使得周边气体X射线发光（金色，来自钱德拉）并且照亮星云的其他部分，这里以红外线可见（蓝色与红色，来自WISE）。

答案：这些问题十分有趣，解释也许会有点儿复杂，并且理论上和现实世界给出的答案不尽相同。白矮星（WD）和中子星（NS）属于同一类惰性的自引力天体，它们通过气压去对抗引力坍缩。这些产生压力的”大气”可以是任意一种我们熟知的大气，也可以是在白矮星和中子星上发现的简并态物质。这类自引力天体还包括棕矮星和巨行星。事实上，如果你忽略那些化学成分且只考虑引力和压力的话，巨行星其实就是质量极低的白矮星。物理有时候就是这么简单。

图比较了八大行星的大小，左上为体积最大的木星，右下呈海蓝色的为海王星

让我们从一个小型巨行星——海王星入手。海王星完全靠气体压力和简并压力支撑。如果我们缓慢的朝海王星上施加重量，它的半径会开始增大。当然，引力和压力也会增大，但是不足以抗衡体积的增长。这些变化会持续发生直到这颗行星长到木星大小的几十倍到几百倍。

等到了那个时间点，引力和压力克服了我们额外施加的质量，这颗行星便会开始变小。（记住我们施加的是惰性质量，如果我们施加的是可融合的氢，行星将会变成熔星。那将会是另一个完全不同的故事了！）如果你给这颗行星加上了一个太阳质量，你最终会得到一个地球大小的白矮星。

所以答案是，对于质量小于木星的星体，施加额外质量会导致它们体积增大。反之对于比木星重的星体，增加质量会导致它们的引力和压力增大从而减小它们的体积。由于白矮星和中子星的质量远远大于木星，质量增加会导致它们的体积变小。

图模拟了在一个联星系统里，白矮星正在将伴星的物质“吸走”

实际上，在一个联星系统里，如果伴星将物质倾倒在白矮星上后，一颗新星将会诞生，与爆发相伴随的是大部分的吸积物质会被重新释放回宇宙。如果一颗白矮星得到了足够多的重量，它将会坍塌成一颗I型超新星。超新星的爆发过程可能会太过激烈，以致于之前内核形成的中子星无法被摧毁从而被喷射到宇宙中，白矮星在此过程中则会被炸的粉碎。另一方面，对于中子星来说，吸附太多质量将会最终坍塌从而演化成为黑洞。

图为对中子星形象的模拟。由于其巨大的引力，光线像通过透镜一样发生弯曲，又称引力透镜效应。来源：Wikipedia

注释：中子星其实是质量为10-29倍太阳质量的巨大恒星崩塌后压缩成的核。如果不考虑夸张的夸克星和奇异星的话，中子星是最小也是密度最大的恒星。中子星的半径只有10千米左右（6.2英里），质量低于2.16个太阳质量。在大质量恒星发生超新星爆炸和引力坍缩后，内核从原先白矮星的密度被压缩成了原子核密度，从而形成了中子星。