新的研究发现，白矮星停止冷却是由于其内部有漂浮的晶体，这为了解恒星的衰老过程提供了启示。在3月6日发表在《自然》（Nature）上的一篇论文中，来自美国高等研究所、加拿大维多利亚大学和英国华威大学的学者们提出了一个新理论，解释了为什么令人费解的白矮星群体在100亿年里停止冷却。

翻开任何一本天文学教科书，在有关白矮星的章节中，你很可能会了解到它们是随着时间推移不断冷却的"死星"。之所以会冷却，是因为白矮星的核热源已经耗尽。在经典的图片中，这会导致白矮星内部的高密度等离子体冻结，从而导致恒星从内向外凝固。

反思白矮星物理学

然而，该研究所自然科学学院马丁-A.和海伦-乔尔坚（Martin A. and Helen Chooljian）成员程思豪（Sihao Cheng）于2019年发表的一项对欧洲航天局盖亚 卫星（Gaia satellite）数据的分析与这一标准图景相矛盾。它表明，一些白矮星实际上在数十亿年（占宇宙年龄的很大一部分）内都保持高温。这一发现曾让理论家们困惑不已，但今天的新论文可能会给出令人信服的解释。

程说："为了让这些白矮星停止冷却，它们必须以某种方式产生额外的能量。虽然我们起初不确定这个过程可能是什么，但现在我们对它是如何发生的有了更清晰的认识"。

这一认识是程思豪、华威大学的安托万-贝达尔（Antoine Bédard）和维多利亚大学的西蒙-布劳因（Simon Blouin）合作得出的。

白矮星 V391 Peg 的示意图。资料来源：Chris Laurel, Celestia

他们提出，在某些白矮星中，内部的致密等离子体并不是简单地从内向外冻结。相反，冻结后形成的固态晶体密度比液体小，因此开始向表面漂浮。当晶体向上漂浮时，它们会将较重的液体向下置换。密度较大的物质向恒星中心的移动释放出引力能量，这种能量足以中断恒星的冷却过程数十亿年。

这一发现的一个迷人之处在于，它所涉及的物理学原理与我们在日常生活中观察到的情况类似：白矮星内的冰冻晶体是漂浮而不是下沉的。我们可以把它们的行为比作漂浮在水中的冰块。为什么这种情况会发生在某些白矮星上而不是其他白矮星上，目前还不确定，但作者认为这很可能是由于恒星的成分造成的。

"有些白矮星是由两颗不同的恒星合并而成的。当这些恒星碰撞形成白矮星时，会改变恒星的成分，从而形成浮游晶体，"布劳因说。

发现的意义

白矮星通常被用作年龄指标：白矮星的温度越低，它的年龄就越大。然而，由于在一些白矮星中发现了额外的冷却延迟，一些特定温度的恒星可能比以前认为的要老几十亿年。更好地了解白矮星的年龄和其他方面，将有助于科学家重建银河系的形成过程。

程补充说："我们的工作将需要对天文学教科书进行更新。我们希望它还能促使天文学家重新评估计算恒星群年龄的方法。"

编译自:ScitechDaily