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中子星和白矮星到底有啥不一样?

中子星和白矮星都是恒星演化晚期的致密天体,但它们之间有几个关键的不同点:

1. 构成物质:

中子星:主要由中子构成,是恒星在超新星爆发后留下的核心,密度极高,物质被压缩到原子核的尺度,主要由中子、质子和电子(以及可能的夸克物质)组成。

白矮星:主要由电子简并态的原子核(通常是碳和氧)以及被压缩到非常致密的电子气体组成。它是由比中子星质量小得多的恒星(通常小于太阳质量的1.4倍,即钱德拉塞卡极限)在其核心燃料耗尽后,外层物质被抛射出去形成的。

2. 质量:

中子星:质量通常在1.1到3倍太阳质量之间。

白矮星:质量上限约为1.4倍太阳质量(钱德拉塞卡极限),超过这个质量就会因为电子简并压无法支撑而坍缩。

3. 密度:

中子星:密度极其惊人,每立方厘米可达数十亿吨甚至更高,比白矮星密得多。

白矮星:密度非常高,但远低于中子星,大约是水的几百万倍。

4. 半径:

中子星:体积非常小,半径通常只有十几到二十公里左右,与地球相比小得多。

白矮星:体积相对较大,虽然密度高,但半径大约是太阳的1/4到1/10,与地球相似。

5. 形成原因:

中子星:由质量大于太阳8-10倍左右的恒星在其生命末期发生超新星爆发后坍缩形成。

白矮星:由质量小于钱德拉塞卡极限的恒星在其核心的氢和氦燃料耗尽后,外层 envelope 被抛射出去,留下致密的核心形成。

6. 物理状态和稳定性:

中子星:内部受到强大的引力,可能处于中子简并态或夸克物质态,自转速度非常快,并可能拥有强大的磁场。

白矮星:内部由电子简并压支撑,处于流体静力平衡状态,自转较慢,磁场相对较弱(但某些白矮星也有强磁场)。

简单来说,中子星是“大质量恒星死亡后”形成的极端致密天体,而白矮星是“中等质量恒星死亡后”形成的致密核心。它们在构成、质量、密度、半径和形成机制上都有显著区别。