致密天体:白矮星、中子星与黑洞

白矮星结晶

水冷到一定程度就会结成冰;事实证明,一颗濒死恒星的内部也会如此。白矮星主要由碳和氧构成——和钻石是同样的元素——并被压成难以想象的密度。当这样一颗星历经数十亿年缓缓冷却,它的内部最终会冷到(相对于它那碾压性的压力而言)足够低,使这些离子锁进一个刚硬、有序的晶格。这颗星开始由内向外冻结成固体。这就是白矮星结晶,而它的产物确实被人称作「宇宙钻石」。

结晶不只是一桩奇闻;它改变了恒星冷却的方式。任何液体冻结时都会释放潜热——就像水一旦结成冰,你的手便不再被它吸走那股暖意。一颗正在结晶的白矮星在恒星尺度上做着同样的事:核心固化时倾泻出储存的热量,撑住它的辉光,使它的黯淡多放慢约十亿年。还有第二个更微妙的效应——较重的氧离子在结晶时下沉,释放出引力能,使冷却进一步放慢。

直到不久前这都还只是理论,但二〇一九年欧洲的盖亚(Gaia)任务通过精确测量数十万颗白矮星的亮度与颜色,恰好发现了预言中那批滞留在结晶阶段、「堆积」起来的恒星——这是白矮星确实会冻结的直接证据。这很重要,因为结晶影响着我们如何解读白矮星这座时钟:若忽略它额外争取的那十亿年,就会把最古老的恒星年代估错。最近的一个例子,BPM 37093系统中的那颗白矮星,据信已大部分结晶。

白矮星BPM 37093,因披头士的歌而被昵称为「露西」,是一个约地球大小的球体,其富碳的内部已大部分结晶——实际上就是一颗行星大小的钻石,只不过你永远无法开采、甚至无法靠近。

「露西」:一颗已结晶、富碳的白矮星——一颗行星大小的钻石。

这是个比喻,不是真宝石。那晶格是处于巨压之下的碳离子,与首饰里的碳全然不同;你无法「佩戴」它,而那里的引力会顷刻把任何东西压扁。

又称
crystallizing white dwarfcosmic diamond白矮星晶化宇宙钻石