白矮星|科学家复制了白矮星内的压力，是地球海平面大气压的4.5亿倍
利用世界上最高能量的激光系统 ， 物理学家将固体碳氢化合物样品短暂地置于高达450兆巴的压力之下 ， 这相当于地球海平面上大气压力的4.5亿倍 。 这也是首次在实验室中产生了超过地核100倍的压力 ， 创造了一个新的记录 。 这也相当于在一种罕见的白矮星的碳主导的包层中发现的压力大小 。 它可以帮助我们更好地理解这些压力对恒星亮度变化的影响 。
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宇宙中的大多数恒星都会以白矮星的形式结束生命 ， 这其中也包括我们的太阳 。 当它们的主序时期结束时 ， 也就是它们把全部氢燃料完全聚变成氦的时候 ， 它们将膨胀成红巨星 ， 最终将外层大部分物质将喷射到太空中 ， 留下一个致密的以碳为主的致密核心——白矮星 。
白矮星的最大质量可以达到1.44倍的太阳质量 ， 但是它的直径却只有地球大小 ， 因此它的密度非常大 ， 内部压力也非常大 。 在大约100兆的压力下 ， 电子从原子核中被剥离出来 。 根据泡利不相容原理 ， 相同的电子不能占据相同的量子态 ， 因此这些电子将会产生一种排斥力——电子简并压力 ， 用来抵抗自身引力引起的收缩 。
这种强大的压力不仅影响了材料的可压缩性 ， 还降低了由于电子丢失而电离的等离子体的不透明度 。 这些性质之间的联系由材料的状态方程来描述 ， 它也可以用来计算诸如温度分布和冷却速率等性质 。
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但是 ， 在极端压力下的状态方程模型中存在一些分歧 ， 对于白矮星来说 ， 模型所绘制的在压缩状态下压力和密度增加的曲线偏离了真实状态的10% 。 当试图了解宇宙的基本性质时 ， 这可能是一个问题 ， 因为白矮星应该是相当可预测的 。 虽然它们发光 ， 但光只是来自残余热量而不是核聚变 ， 因此它们的冷却速度可以作为一种时钟来确认宇宙的年龄 。
白矮星提供了对恒星物理模型的重要测试 ， 但是在这些极端条件下的状态方程模型很大程度上是未经测试的 。 因此 ， 在实验室中重复白矮星的压力对科学研究来说有着重要的价值 。
实验装置由一个一毫米的小固体碳氢化合物球组成 ， 它装在一个铅笔橡皮大小的空心金柱里 。 激光发射的110万焦耳光照射小球 ， 形成均匀的x射线浴 ， 将小球加热到350万开尔文 。 通过烧蚀破坏了小球的外层 ， 从而产生了每秒220公里的球形烧蚀冲击波 ， 并以球形方式聚合 ， 在通过球传播的过程中增加了压力 。 这一切的发生非常迅速 ， 冲击波只用了9纳秒遍历整个样本 。
【白矮星|科学家复制了白矮星内的压力，是地球海平面大气压的4.5亿倍】
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物理学家使用x射线汤姆逊散射来测量样品中的电子温度和电离度 。 他们发现了高压下不透明度的降低 ， 这与碳内壳的显著电离有关 。 这意味着电离最终使材料比没有电子壳层的模型更具有可压缩性 。 这反过来有助于更好地理解白矮星的性质和演变 。
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