緻密天體:白矮星、中子星與黑洞
錢德拉塞卡極限
/ chun-druh-SHAY-kar /
白矮星能有多重,存在一道硬上限——大約是太陽質量的一點四倍。一旦超過這個數,這顆星就再也撐不住自己,必然塌縮或爆炸。這道上限就是錢德拉塞卡極限,它是天體物理中最具影響力的數字之一,因為它決定了哪些恒星安靜地死去,哪些則在一道亮得能橫跨宇宙被看見的閃光中謝幕。
這道極限的成因,是兩條物理之間一場漂亮的對撞。白矮星靠電子簡併壓力撐住——電子拒絕被擠到一起。但一旦加上質量,重力就壓得更狠,迫使電子越動越快,直到逼近光速。一旦快到這個地步,愛因斯坦的相對論便指出:無論你再怎麼壓縮,它們都無法把回推之力再加大分毫。於是在約一點四個太陽質量以上,重力乾脆獲勝。一位十九歲的學生蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡,於一九三〇年在從印度駛往英國的輪船上算出了這一切。
這道極限真正的威力,體現在臨界點上發生的事。一顆從伴星身上虹吸氣體的白矮星漸漸逼近一點四個太陽質量,與此同時,失控的核燃燒被點燃,整顆星引爆為一顆Ia型超新星。由於它們幾乎都在同一質量上爆炸,這些爆發達到的峰值亮度也幾乎相同——這恰恰使它們成為測量宇宙距離、並最終揭示宇宙加速膨脹的標準燭光。要注意,這道極限並不正好是一點四;精確數值取決於成分與自轉。
把白矮星想像成一張腿數固定的凳子。加重量到某個程度它還撐得住;可一旦越過一點四個太陽質量、哪怕再添一根羽毛,所有的腿就會同時折斷。正是這種突如其來、要麼全撐住要麼全垮掉的失效方式,使Ia型超新星的亮度如此整齊劃一。
一觸及極限,白矮星便全盤崩潰——於是爆炸幾乎一模一樣。
一點四這個數針對的是不自轉的碳氧白矮星;快速自轉能多撐住一些。中子星則有它自己另一道獨立的上限(托爾曼—奧本海默—沃爾科夫極限)。
又稱
另見