你可能听说过白矮星,它们是恒星演化的最终阶段,当一个恒星耗尽了它的核燃料,它就会变成一个非常致密的天体,它的质量大约是太阳的质量,但是它的半径只有地球的半径。白矮星是一些非常有趣的天体,它们有很高的表面温度,很强的表面重力,很大的密度,以及很强的磁场。但是,你可能不知道的是,有一些白矮星还有另外一个非常特殊的性质,它们是脉动星,也就是说,它们的亮度和温度会随着时间周期性地变化。
你可能会问,什么是白矮星脉动星?它们和普通的白矮星有什么不同?为什么它们会脉动?为了回答这些问题,我们首先要了解一下白矮星的结构。
白矮星是由电子简并压力支撑的天体,也就是说,它们的电子被压缩到了量子力学的极限,它们不能再被压缩得更小了。这样,白矮星的半径就只取决于它的质量,而不是它的温度。
白矮星的核心是由碳和氧组成的晶体,它们的温度可以达到几百万度,但是它们的热量会随着时间慢慢散失,最终变成一个冷却的黑矮星。白矮星的表层是由氢和氦组成的薄层,它们的温度可以达到几万度,它们会发出可见光和紫外光。
白矮星的表层还会受到白矮星的磁场的影响,白矮星的磁场可以达到几百万高斯,比地球的磁场强几千万倍。白矮星的磁场会导致白矮星的表层不均匀地加热,从而产生热斑,这些热斑会随着白矮星的自转而移动,从而造成白矮星的亮度变化。这就是白矮星的一种脉动,它叫做磁旋脉动,它的周期和白矮星的自转周期相同,一般在几分钟到几小时之间。
但是,还有另外一种白矮星的脉动,它叫做非辐射脉动,它的周期和白矮星的自转周期无关,而是由于白矮星的内部振荡。这些振荡是由于白矮星的表层的氢和氦发生了核聚变,从而产生了一些热量,这些热量会使白矮星的表层膨胀,从而降低了压力和温度,从而又使核聚变停止,这样就形成了一个正反馈的循环,导致白矮星的表层不断地膨胀和收缩,从而造成白矮星的亮度和温度的周期性变化。
这种脉动的周期一般在几秒到几分钟之间,它们可以有多个不同的模式,也就是说,白矮星的表层可以有不同的形状和对称性,从而产生不同的脉动频率和振幅。这种脉动可以用白矮星的有效温度和表面重力来划分不同的类型,比如DAV型,DBV型,DOV型等,它们分别对应于不同的白矮星光谱类型,也就是不同的白矮星表层的化学成分。
你可能还想知道,白矮星脉动星有什么科学意义?白矮星脉动星为我们提供了一个研究白矮星的磁场、温度和结构的独特的机会,因为它们的脉动可以反映出白矮星的物理性质。
通过对它们的脉动的频率、振幅和相位的精确测量,我们可以探测白矮星的内部振荡,从而推断出白矮星的密度、压力和化学成分的分布。通过对它们的脉动的光谱、偏振和时间延迟的详细分析,我们可以确定白矮星的磁场的强度、方向和结构,以及白矮星的热斑的位置,大小,和形状。通过对它们的轨道的变化的长期监测,我们可以研究白矮星和主序星之间的能量和角动量的转移,从而了解它们的演化历史和未来的命运。
白矮星脉动星还为我们提供了一个测试物理理论的极端的环境,因为它们的电子简并压力、量子效应和相对论效应都非常显著。通过对它们的观测数据和理论模型的比较,我们可以检验一些基本的物理假设,比如质量半径关系、质量能量关系和质量磁场关系,以及一些重要的物理过程,比如核聚变,热传导,和辐射转移。