奇怪，恆星明明已經死亡，卻反而更熱了，死亡恆星為何也有熱源

大約再過50億年，我們的太陽就要結束主序星階段，迎來它命運的終點。到那個時候，太陽的外殼將會開始膨脹，而內核則開始收縮，最終留下一顆白矮星。

白矮星是宇宙中大部分天體的歸宿，但卻不是終點。這種密度驚人的天體還擁有着極高的温度，甚至比主序星時期還要更熱。雖然已經失去了核聚變產生能量，但它可能需要數萬億年才會徹底降温，變成一顆黑矮星。也就是説，在我們這個形成了138.2億年的宇宙中，至今還沒有一顆真正的黑矮星誕生。奇怪的是，科學家發現，同樣是白矮星，有一部分的降温速度明顯比自己的同類要慢得多。由於輻射是相同的，那麼科學家合理地推測：這些白矮星或許還有一個熱源。這就奇怪了，既然白矮星是死亡的恆星，已經沒有核聚變了，它的熱源又是從何而來的呢？根據天文學家的計算，如果一顆恆星的質量小於太陽的8倍，那麼它演化末期時內核的質量就無法超越錢德拉塞卡極限，只能變成一顆白矮星。就像我們開篇介紹的，白矮星的外殼會膨脹成為一個巨大的星雲，然後彌散到宇宙中消失不見；而它的內核在結束氫聚變後，還會進行一段時間的氦聚變。最終，留下的白矮星的主要成分就是碳和氧，其質量最大可達太陽的1.4倍，表面温度則高達幾千甚至數萬攝氏度，核心温度更是可以超過10萬攝氏度！要知道，太陽的體積在銀河系能排進前20?由此可見，宇宙中只有極少一部分天體能夠超越白矮星。只有整體質量超過太陽8倍，或者內核質量超過太陽的1.4倍，這顆恆星內核的巨大引力才會突破一種叫做電子簡併的壓力，以至於使內核徹底崩潰，形成更加緻密的中子星。

作為緻密星的一種，白矮星體積非常小，儘管質量可能比太陽還大，但是它們的體積甚至可能比行星還小。表面積小，就意味着散熱要更慢一些。再加上十萬攝氏度的超高温內核，以及宇宙空間的高度真空導致無法實現熱對流、熱傳導等方式來實現導熱，因此白矮星的降温是一個極其漫長的過程，以至於都超過了宇宙的年齡。在所有白矮星中，有大約6?於一種獨立的分類，叫做Q支白矮星。它們的速度，甚至比上面説得還要慢。2019年的時候，約翰·霍普金斯大學天文學家程思浩所領導的一項研究表明，這種白矮星和其他白矮星相比，降温過程要推遲大約80億年的時間。這個時間已經超過許多恆星的壽命了，因此非常值得注意。

當時，程思浩等人在研究後認為，白矮星中被發現的極少量的氖的同位素——氖-22或許是這類白矮星的額外熱源。在氖-22向白矮星核心處下落的過程中，可能會產生額外的熱量，為白矮星加温。但是，最近來自伊利諾伊州立大學的Matt Caplan所領導的一支科學團隊則在《天體物理學雜誌通訊》上提出了一種新的觀點。他們在利用分子動力學模擬和相圖對程思浩等人的研究進行了驗證，結果發現氖-22作為白矮星的熱源是不太可能發生的事。這是因為，在模擬的過程中他們發現：在以碳和氧為主的白矮星內部，氖-22微晶是不穩定的。它會有兩種命運——

>碳和氧的混合物温度過高，導致微晶融化，氖-22溶解到液體混合物中；>包括氖-22在內的混合物凝固。>就算混合物的温度不足以將微晶融化，但也超過了碳和氧的熔點，依然會導致氖-22的溶解。接下來，他們利用相圖進行了分析，看看混合物中氖的含量需要達到多少才能不被完全溶解並保持穩定。所謂的相圖，指的是對混合物中不同成分在不同比例、温度或壓力條件下的狀態變化進行描述的圖像，比如合金的相圖等等。

（圖片説明：研究團隊繪製的碳-氧-氖三元相圖）研究團隊在相圖中發現，如果氖要在白矮星中保持平衡，其含量需要達到30?然而事實是，一顆白矮星內氖的含量一般不超過2?遠遠達不到這個要求。所以，研究人員在論文中明確表示：“綜上所述，我們認為碳-氧白矮星內部沒有氖-22成團富集並保持穩定的條件。因此，我們不能用氖-22的增強擴散來解釋Q支白矮星的問題。”如果不是氖-22，那這種白矮星的額外温度又是從何而來的呢？

研究人員認為，雖然氖-22成團沉降的方式不太可能，但如果是單粒子沉降，還是有一點點可能的，不過這要求氖-22的含量達到6?另外，他們也考慮了鈉和鎂，它們都是離碳和氧不遠的元素，同樣也有形成的可能。不過他們發現，和氖一樣，含量比較少的情況下，這兩種元素也不會穩定存在。最後，他們找到了鐵族元素。研究人員指出：和上述幾種元素不同，鐵可以很好地在碳氧混合物中獨立存在，並且只需要0.1?含量，就可以產生出足夠多的熱量。計算結果表明：如果有一些天體物理學過程能夠在白矮星內的鐵含量富集到1?程度，就足夠讓它的冷卻時間延長數十億年！

研究人員指出：“總之，這項研究提出了白矮星的冷卻模型中需要有鐵的加入，這就需要一個含有鐵元素的新相圖，以及一個通過鐵族元素富集和粒度特徵分子動力學進行的調查，這也是未來工作的主要目標。”