为什么白矮星的质量越大，它的半径反而越小？

为什么白矮星的质量越大，它的半径反而越小？

白矮星是一种非常特殊的天体，它的质量与半径之间存在着一种反直觉的关系：质量越大的白矮星，其半径反而越小。这种现象背后隐藏着怎样的物理原理？

电子简并压力：维持白矮星稳定的秘密

白矮星与普通的恒星不同，它并不依靠热核聚变产生的压力来抵抗引力，而是依靠电子简并压力来维持自身的稳定性。这种压力源自量子力学中的泡利不相容原理，该原理指出，不可能有两个电子同时具有相同的一整套量子数。

当白矮星的质量增加时，为了保持这种简并态，电子需要占据更高的能级，从而产生更大的压力来对抗引力。因此，当白矮星的质量增加时，其内部的电子必须更加密集地排列，导致整个白矮星的半径减少。

质量与半径的反比关系

这种质量与半径的反比关系可以用数学公式R ∝ M-1/3来描述，意味着随着质量M的增加，半径R会减小。具体来看：

• 目前发现的质量最小的白矮星是J0917+46，它的质量只有太阳的0.17倍，但是它的半径却是地球半径的9倍。
• 而目前发现的质量最大的白矮星是ZTF J1901+1458，它的质量是太阳的1.35倍，而它的半径只有4280公里，只有地球半径的0.67倍。

钱德拉塞卡极限：白矮星质量的上限

需要注意的是，白矮星的质量存在一个上限，称为钱德拉塞卡极限，大约为1.4倍太阳质量。当白矮星的质量接近这个极限时，电子简并压力可能不足以抵抗引力，从而导致白矮星发生进一步的坍缩，演变成其他类型的致密天体，如中子星或引发Ia型超新星爆炸。