Question

中子星 与 白矮星 的区别在哪?

如题

Answer 1

首先,白矮星和中子星都是恒星演化到末期会出现的结果.当恒星走完其漫长的一生后，小质量和中等质量的恒星将成为一颗白矮星，大质量和超大质量的恒星则会导致一次超新星爆发.超新星爆发后恒星如何演变将取决于剩下星核的质量，当留下的星核质量达到太阳的1.4倍时，其引力将大到足以把星核内的原子压缩到使电子和质子结合成中子的程度.此时这颗星核就成了一颗中子星(超过1.4倍太阳质量的白矮星，外壳的重力会进一步使其塌缩成中子星或者黑洞).并且,随着能量的不断消耗,白矮星与中子星都将成为不发光的黑矮星(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).
它们的区别与特点如下:
① 质量(根本区别)
白矮星的质量小于1.44个太阳质量;而中子星的质量下限是0.1个太阳质量,上限是3.2个太阳质量(据爱因斯坦的广义相对论,可以达到这个水平).
② 体积
白矮星的半径接近于行星半径,平均小于10的3次方千米;中子星的典型直径只有10公里
③ 密度
由上述特点可以知道,中子星的密度要远大于白矮星的密度. 脉冲星(中子星的一种)上面的密度可达每平方厘米1亿吨以上、甚至达到10亿吨; 白矮星密度为每平方厘米1吨左右.
④ 温度
白矮星的表面温度平均为1万℃; 中子星的表面温度就可以达到1000万度，中心还要高数百万倍，譬如说达到60亿度
⑤ 磁场强度
白矮星的磁场强度为10万—1千万高斯(高斯是磁场强度的单位),而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯，甚至20万亿高斯.
⑥ 脉冲星的中心压力据认为可以达到10000亿亿亿个大气压，比地心压力强30万亿亿倍，比太阳中心强3亿亿倍.
⑦ 白矮星的光度(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，是正常恒星平均的10的3次方分之一。
⑧ 脉冲星不停地发出无线电脉冲,而且两个脉冲之间的间隔(脉冲周期)十分稳定.

Answer 2

恒星是一个典型的量变导致质变的例子。恒星的质量从根本上决定了它的演化。这也是白矮星和中子星的本质区别：质量不同。

要说到区别就要先简单介绍一下白矮星和中子星的形成

质量不大于1.4倍太阳质量的恒星（这个质量界限叫钱德拉塞卡极限）可以完成氢核聚变和氦核聚变（核的最终组成主要为氦、碳），但无法再点燃更高级的聚变，失去热辐射压力支撑的外围物质受重力牵引会急速向核心坠落，较平静地坍缩成一颗白矮星，有的还会留下一个行星状星云。白矮星的体积一般是地球的量级，质量一般是太阳的量级。白矮星组成为质子、中子和电子，只不过距离很近，不像原子内有大量空隙，所以密度很大。阻止白矮星进一步坍缩的力量是电子间的电磁斥力，及电子简并压。

当恒星的质量大于1.4倍太阳质量，能进行更高级别的核聚变，能聚变为氧核甚至硅核，最大能达到铁核。这时的恒星有可能导致外壳的动能转化为热能向外爆发，质量大的发生发生更强烈的超新星爆炸。如果爆炸后的剩余质量仍大于1.4倍太阳质量而小于3倍太阳质量，则恒星坍缩到白矮星这一阶段后，电子简并压已经不足以对抗引力，恒星就会不停顿地继续坍缩，使其组成物质中的电子并入质子转化成中子，最终在泡利不相容原理（中子简并压）作用下停止坍缩，形成中子星。中子星直径只有十千米的量级，但质量同样是太阳的量级。

所以说，白矮星和中子星的直接区别是构成不同，白矮星是被压缩致密的原子核和电子构成，而中子星是由中子构成。造成这一点的根本原因是初始质量不同，中子星的初始质量一般只比白矮星大1倍到几倍，而最终的密度会相差1亿倍以上。但白矮星通常不能通过吸收物质转化为中子星，因为气体云落到白矮星表面时会发生猛烈的爆炸，甚至会炸毁白矮星。

此外白矮星仅仅是一个致密的天体，而中子星有更多的特殊性质，首先白矮星的表面温度只有10000K左右，所以显白色（由于表面积小，所以虽然温度高，白矮星依然很暗）；而中子星的表面温度可以达到上千万K，核心能达到上亿K甚至几十亿K。其次由于恒星在坍缩时不但保留了大部分的质量，还保留了磁场和角动量。因此被压缩到极小体积的中子星表面具有极强的磁场，达到数万亿高斯（白矮星大约是1亿高斯量级），是太阳的数百亿倍左右，加上它高速的自转（周期一般是0.1秒级，目前观测到最短是1982年发现的1.5毫秒），一个周期为1s的中子星表面的电压高达1亿亿福特，释放出大量的高能射线和带电粒子，因此被我们探测到。