为什么白矮星的质量上限约为1.4倍太阳质量？

为什么白矮星的质量上限约为1.4倍太阳质量？
参考答案：白矮星的质量上限约为1.4倍太阳质量，这个值被称为钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit），是由印度天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡在1930年代提出的。这个极限的解释涉及了白矮星内部的物理学，特别是量子力学和流体静力学平衡。
以下是解释为什么存在这个质量上限的几个关键点：
1.电子简并压力：白矮星主要由电子简并物质组成。根据量子力学中的泡利不相容原理，当物质被压缩到极高密度时，电子的动能变得非常重要，导致了一种称为电子简并压力的支持力。这种压力对抗着引力，使白矮星保持稳定。
2.费米能级和温度：随着白矮星质量的增加，其内部的电子变得更加密集，费米能级（费米海的最高能量水平）也随之升高。当费米能级足够高时，电子的动能变得非常大，导致电子简并压力不足以完全抵抗引力。
3.钱德拉塞卡极限的计算：钱德拉塞卡通过计算发现，当白矮星的质量超过大约1.4倍太阳质量时，电子简并压力将无法维持白矮星的流体静力学平衡。超过这个质量极限，白矮星将无法抵抗自身的引力，从而发生坍缩。
4.坍缩的后果：如果白矮星的质量超过钱德拉塞卡极限，它可能会发生两种主要的坍缩：
中子星：如果白矮星还有足够的物质，并且存在一个触发机制（如吸积邻近恒星的物质或双星系统中的质量转移），坍缩将导致形成中子星，这是一种由中子简并压力支撑的超致密天体。
黑洞：如果坍缩后的物质密度极高，中子简并压力也无法抵抗引力，最终会形成黑洞。
总之，钱德拉塞卡极限是白矮星能够存在的最大质量限制，是由电子简并压力和流体静力学平衡条件共同决定的。超过这个质量，白矮星将无法保持稳定，并会发生坍缩，形成中子星或黑洞。