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钱德拉塞卡极限与太阳系质量:一个天文常识小误区

   时间:2025-06-09 22:08:28 来源:ITBEAR编辑:快讯团队 发表评论无障碍通道

近日,有网友提出了一个颇为有趣但也略显离奇的问题:太阳系的总质量是否有可能超过所谓的钱德拉塞卡极限?这一疑问源自于对天文物理学常识的误解,却也激发了对于宇宙奥秘的好奇与探索。

钱德拉塞卡极限,这一科学术语的提出者,是美籍印度裔天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡,他因此成就荣获诺贝尔奖。该极限特指电子简并态物质所能承受的最大质量,一旦超过这个临界点,物质将在重力的作用下坍缩为中子简并态,进而可能引发超新星爆发。这一理论的核心在于电子简并态物质,而非泛指所有物质或恒星的质量上限。

电子简并态物质存在于极端致密的天体中,如白矮星。白矮星是类似太阳质量的恒星在生命周期的尽头留下的高密度核心。在太阳这样的恒星中,氢元素通过核聚变反应转化为氦,当这一反应结束,恒星内部无法再产生足够的辐射压力来支撑外层物质,导致恒星开始坍缩,核心温度和压力急剧上升,引发更高级的核聚变反应。然而,对于太阳这样的恒星而言,反应只能持续到碳元素,无法进一步升级。

当恒星的核心在核聚变反应结束后冷却并收缩,它会留下一颗主要由碳组成的高密度星体——白矮星。白矮星的密度极高,每立方厘米的重量可达数吨,其体积与地球相当,但质量却是地球的数十万倍。由于体积小且质量大,白矮星对周围的物质具有强烈的引力作用,能够吸附并撕裂靠近的恒星或星际尘埃,从而不断增加自身的质量。

钱德拉塞卡极限正是描述了白矮星质量的上限,约为太阳质量的1.44倍。一旦白矮星的质量超过这个极限,电子简并态将无法再支撑其结构,物质将在瞬间坍缩成中子,释放出巨大的能量,形成la型超新星爆发。如果爆发后仍有物质残留,那么这颗残留的天体将是由中子组成的致密天体——中子星。

中子星比白矮星更加致密,其密度每立方厘米可达10亿吨,体积虽小,但质量巨大,至少为太阳质量的1.44倍以上。中子星表面逃逸速度极高,接近光速的一半,任何靠近中子星的物质都将被其强大的引力撕裂并吞噬。目前已知中子星的质量上限为托尔曼-奥本海默-沃尔科夫极限,当质量超过这一极限时,中子星将坍缩成黑洞。

回到网友的问题,太阳系的总质量主要由太阳构成,占据了太阳系总质量的99.86%。包括八大行星、数百颗卫星、小行星、科伊伯带、奥尔特云带以及星际物质在内的所有天体,其总质量也仅占太阳系总质量的0.14%。因此,太阳系的总质量远远低于钱德拉塞卡极限,这一问题实际上是对天文物理学常识的误解。

恒星的质量与其寿命和死亡方式密切相关。比太阳质量大30倍以上的恒星寿命最短,死法通常为超新星爆发,可能留下黑洞;比太阳质量大8倍以上的恒星,寿命一般在几亿年到十几亿年之间,死后可能留下中子星;而太阳质量左右的恒星,寿命可达百亿年左右,死后可能变成红巨星,核心可能留下白矮星;比太阳质量小的红矮星寿命超长,可达几百亿年到万亿年,最终将渐渐冷却成为黑矮星。

钱德拉塞卡极限与太阳系的总质量毫无关系。恒星的质量大小仅与其寿命和死亡方式有关,以及死后留下的天体类型。太阳系作为一个整体,其总质量远低于这一极限,这一问题的提出虽然源于误解,但也为我们提供了深入了解宇宙奥秘的机会。

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