新的研究發現，白矮星停止冷卻是由於其內部有漂浮的晶體，這為了解恆星的衰老過程提供了啟示。在3月6日發表在《自然》（Nature）上的一篇論文中，來自美國高等研究所、加拿大維多利亞大學和英國華威大學的學者們提出了一個新理論，解釋了為什麼令人費解的白矮星群體在100億年停止冷卻。

翻開任何一本天文學教科書，在有關白矮星的章節中，你很可能會了解到它們是隨著時間推移不斷冷卻的”死星”。之所以會冷卻，是因為白矮星的核熱源已經耗盡。在經典的圖片中，這會導致白矮星內部的高密度等離子體凍結，從而導致恆星從內向外凝固。

反思白矮星物理學

然而，該研究所自然科學學院馬丁-A.和海倫-喬爾堅（Martin A. and Helen Chooljian）成員程思豪（Sihao Cheng）於2019年發表的一項對歐洲航天局蓋亞衛星（Gaia satellite）數據的分析與此標準圖景相矛盾。它表明，一些白矮星實際上在數十億年（佔宇宙年齡的很大一部分）內都保持高溫。這項發現曾讓理論家們困惑不已，但今天的新論文可能會給出令人信服的解釋。

程說：「為了讓這些白矮星停止冷卻，它們必須以某種方式產生額外的能量。雖然我們起初不確定這個過程可能是什麼，但現在我們對它是如何發生的有了更清晰的認識」。

這項認知是程思豪、華威大學的安托萬-貝達爾（Antoine Bédard）和維多利亞大學的西蒙-布勞因（Simon Blouin）合作得出的。

白矮星V391 Peg 的示意圖。資料來源：Chris Laurel, Celestia

他們提出，在某些白矮星中，內部的緻密等離子體並不是簡單地從內向外凍結。相反，凍結後形成的固態晶體密度比液體小，因此開始向表面漂浮。當晶體向上漂浮時，它們會將較重的液體向下置換。密度較大的物質向恆星中心的移動釋放引力能量，這種能量足以中斷恆星的冷卻過程數十億年。

這項發現的一個迷人之處在於，它所涉及的物理學原理與我們在日常生活中觀察到的情況類似：白矮星內的冰凍晶體是漂浮而不是下沉的。我們可以把它們的行為比喻成漂浮在水中的冰塊。為什麼這種情況會發生在某些白矮星上而不是其他白矮星上，目前還不確定，但作者認為這很可能是由於恆星的成分造成的。

“有些白矮星是由兩顆不同的恆星合併而成的。當這些恆星碰撞形成白矮星時，會改變恆星的成分，從而形成浮游晶體，”布勞因說。

發現的意義

白矮星通常被用作年齡指標：白矮星的溫度越低，它的年齡就越大。然而，由於在一些白矮星中發現了額外的冷卻延遲，一些特定溫度的恆星可能比以前認為的要老幾十億年。更了解白矮星的年齡和其他方面，將有助於科學家重建銀河系的形成過程。

程補充說：”我們的工作將需要對天文學教科書進行更新。我們希望它還能促使天文學家重新評估計算恆星群年齡的方法。”

編譯自: ScitechDaily