白矮星（White Dwarf，又称简并矮星）是恒星演化的末期产物，属于低光度、高密度、高温度的致密天体。其名称源于早期观测到的“白色外观”与“体积矮小”的特征——尽管质量可与太阳相当（约0.21.4倍太阳质量），体积却仅与地球相近（半径小于10000千米），密度高达10⁶10¹²克/立方厘米（约为地球密度的10万100亿倍）。白矮星的核心由碳、氧等重元素构成，外部覆盖着稀薄的氢、氦气壳，主要通过电子简并压力（费米子遵循泡利不相容原理产生的斥力）对抗自身引力，维持稳定结构。
白矮星的形成过程
白矮星的形成是中低质量恒星（初始质量≈0.88倍太阳质量）演化的必然结局，具体步骤如下：
1. 主序星阶段：恒星通过核心氢聚变（H→He）释放能量，处于稳定状态（如太阳当前阶段）。
2. 红巨星阶段：当核心氢耗尽，恒星膨胀为红巨星（半径可达太阳的200倍），外层氢开始壳层聚变（形成He），核心收缩并升温。
3. 氦聚变与核心演化：核心温度升至1亿K以上，氦聚变为碳、氧（3He→C），形成“碳氧核心”。若恒星质量不足（<8倍太阳质量），核心无法达到碳聚变的温度（约6亿K），碳氧核心停止聚变，成为惰性核心。
4. 行星状星云抛射：红巨星外层气体（氢、氦）被恒星风抛离，形成绚丽的行星状星云（如天琴座环状星云），核心则 *** 在外。
5. 白矮星诞生： *** 的碳氧核心通过电子简并压力支撑，不再进行核聚变，最终冷却成为白矮星。
白矮星的核心特征
1. 超高密度：质量与太阳相当的白矮星，体积仅约地球的1/100万，密度可达1000万吨/立方米（如天狼星伴星，质量≈1.02倍太阳质量，半径≈地球大小）。
2. 极端表面重力：表面重力约为地球的10万10亿倍，若人类站在白矮星表面，骨骼会被自身重量瞬间压碎。
3. 高温与冷却：形成初期温度极高（可达10万K以上），随后通过辐射逐渐冷却，亮度逐渐减弱（光度约为太阳的1/1000）。目前宇宙年龄（约138亿年）不足以让任何白矮星冷却至“黑矮星”（完全停止辐射的致密残骸）阶段，最古老的白矮星仍保持数千K的温度。
4. 质量极限：受电子简并压力限制，白矮星质量存在钱德拉塞卡极限（≈1.4倍太阳质量）。若超过此极限（如通过伴星物质转移），电子简并压力无法对抗引力，白矮星会坍缩为中子星或黑洞。
白矮星的演化命运
1. 单星系统演化：对于孤立的白矮星，核心不再产生能量，仅通过释放储存的热量逐渐冷却。经过数千亿年（远超过宇宙当前年龄），白矮星将冷却至无法辐射可见光，成为“黑矮星”——一种由碳、氧晶体组成的致密残骸（类似“宇宙钻石”，但密度远超普通钻石）。
2. 双星系统演化：若白矮星处于双星系统，可能通过吸积伴星物质（如氢、氦）增加质量。当质量接近钱德拉塞卡极限时，吸积的物质会在表面引发热核爆炸，成为Ia型超新星（如SN 1006，历史上最亮的超新星之一）。双白矮星系统可能因引力波辐射逐渐靠近，最终合并——若合并后质量超过钱德拉塞卡极限，将引发剧烈爆炸；若未超过，可能形成更大质量的白矮星。
白矮星的观测与研究意义
白矮星是研究恒星演化、致密物质物理的重要对象：
恒星演化标尺：通过观测白矮星的数量、分布，可验证恒星演化理论（如银河系中白矮星占比约10%，符合理论预测）。
致密物质研究：白矮星的电子简并压力是研究极端条件下物质性质的天然实验室（如费米能级、简并态物质稳定性）。
宇宙学应用：Ia型超新星（由白矮星爆炸产生）作为“标准烛光”，可用于测量宇宙膨胀速率（如发现宇宙加速膨胀的关键证据）。
截至目前，人类已观测到数万颗白矮星（如天狼星伴星、Van Maanen星），其中一些特殊系统（如J0806双星系统，两颗白矮星每321秒绕转一周，因引力波辐射逐渐合并）为研究引力波、恒星合并提供了重要线索。