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1.3 白矮星的光度和年龄

天体的光度为单位时间内天体的辐射总能量。太阳光度值( L )约为3.845×10 26 J/s。太阳光度值的计算如下:在地球上测量垂直于入射光方向每秒钟每平方米面积接收的平均太阳辐射能量,该测量值和以太阳为中心、日地距离为半径的假想球面面积相乘。其他天体的光度值一般以太阳的光度值为单位。图1.3为大量近邻天体在赫罗图中的分布 [9] ,左侧纵坐标为绝对星等,右侧纵坐标即是以太阳光度为单位的光度值,横坐标为有效温度和光谱型。天体有效温度值从高(25 000K以上)到低(3 500K以下),对应的光谱型依次为O、B、A、F、G、K、M。图中大部分恒星为主序星,在图的右侧和上部是红巨星、红超巨星和蓝超巨星。在左下角,稀疏地分布着一些白矮星。图中主序星的个数约占恒星总数的90%,意味着恒星氢燃烧过程(主序阶段)大约占据恒星90%的寿命。从图中可以看出,大部分白矮星的光度约为太阳光度的百分之一到万分之一。天狼星的伴星就是一颗著名的白矮星,天狼星及其伴星如图1.4 [10] 所示。图中天狼星伴星的亮度几乎被天狼星(主序星)的亮度掩盖。图1.5为美国国家航天局(NASA)官网公布的哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)拍摄的由专业天文学家团队分离出的天狼星伴星图片。天体颜色越红温度越低(如心宿二),颜色越蓝温度越高(如织女星)。图1.5中天狼星伴星的颜色很蓝,表明该白矮星的温度很高。

图1.3 大量近邻恒星在赫罗图中的分布图 [9] ,右侧纵坐标以太阳光度为单位

图1.4 天狼星及其伴星,伴星为白矮星 [10]

图1.5 由哈勃空间望远镜拍摄的天狼星伴星

绝大多数中小质量恒星都将演化为白矮星。氢点燃标志着恒星进入零龄主序阶段。以小质量恒星为例,大致需要经历主序星、红巨星、水平分支星、渐近巨星、行星状星云,最终成为白矮星。从图1.3可以看出,绝大多数恒星处在主序阶段,氢燃烧过程大约占据了恒星90%的寿命。太阳的年龄约为46亿年,大约经过了其主序阶段的一半寿命。从零龄主序星开始算起,小质量恒星演化生成的白矮星一开始就具有了约100亿年的年龄。在白矮星的冷却阶段,中心核热核反应虽然停止了,但是冷却前期中心核温度仍然高于10 6 K。理论计算表明,质量为一个太阳质量、光度为千分之一太阳光度的白矮星冷却寿命可达10亿年数量级。目前宇宙年龄的公认值约为138亿年,现在的低温白矮星经历了约100亿年的前期演化和约10亿年的冷却。因此白矮星中很可能含有宇宙早期的信息,白矮星可以作为宇宙考古的活化石。 8RSuDvleZHQqJk6yWEmI1AmHOlWufbheFz7OWRu2xX/OBPXyW4dSOVH0D1d3wWae

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