【星體6】白矮星與中子星的簡介
當一顆恆星走到生命的盡頭，它不一定只是「熄火」那麼簡單。根據原本的質量不同，死亡後的殘骸可以是白矮星、中子星，甚至黑洞。這些名詞聽起來很抽象，事實上它們的形成過程和我們日常的擠迫、旋轉、壓縮都有可比的想像方式。下面用簡單例子把這些天文物理的重點整理出來，讓沒有物理背景的讀者也能看懂。
白矮星：像地球大小、但更重的殘骸
像太陽這類中等質量恆星，在燃燒完核心的氫與氦後會膨脹成紅巨星，拋出外層形成漂亮的行星狀星雲（planetary nebula）。剩下的核心會收縮成一顆白矮星。白矮星的直徑大約和地球差不多，但質量接近太陽，密度極高。
白矮星之所以能夠對抗萬有引力不再塌縮，並不是靠熱氣壓或化學鍵，而是一種量子力學的效果──電子簡併壓力（electron degeneracy pressure）。可以把裡面的原子想像成擠在一列月台上的人：大家已經貼緊在一起，外圍的電子雲互相重疊，彼此之間的量子規則不允許兩個電子「完全重疊」在同一個量子位置，這種排斥效果就像一股看不見的力，撐住整顆白矮星。
白矮星會慢慢冷卻，經過非常長的時間（遠超過宇宙目前的年齡）才可能變成理論上的黑矮星──一顆不再發光的冷殘骸。
從白矮星到1a 型超新星：外來物質的影響
白矮星若在雙星系統中，會有機會從伴星吸積物質。當吸積足夠多、白矮星的質量接近某個上限時，電子簡併壓力無法再抵擋引力，整顆白矮星會發生碳氧劇烈燃燒並爆炸，形成觀測上常見的Type Ia超新星。這類爆發的光譜和光度有其特徵，天文學家因此能把它們分類、用來研究宇宙距離。
有趣的是，某些白矮星在這類爆發後可能改變型態，甚至演變成中子星（視條件而定）。因此白矮星的命運並非唯一，外界環境會左右它的下一步。
中子星：把所有空間都擠掉的極致
比太陽更重的恆星在燃燒殆盡時會經歷超新星爆發，爆發後剩下的核心若足夠重，就會繼續被壓縮到更高密度，電子被迫與質子結合形成中子，結果是一顆主要由中子構成的天體──中子星。中子星的半徑只有十多到二十公里，但質量可以是太陽的幾倍，密度之高難以想像：一小匙中子星物質在地球上可能重到數十億噸。
中子星的內部支撐不是電子簡併壓力，而是中子簡併壓力（neutron degeneracy pressure）以及核力的作用。雖然中子不帶電，但它們同樣是費米子（具半整數自旋的粒子），依據量子力學的排斥規則，兩個費米子不能佔用同一個量子狀態，這就產生了能抵抗重力的力。生活化的比喻仍然是擠月台──人雖然不帶電，但你不能把兩個人壓成重疊在同一張椅子上；費米子之間也有類似的「不能重疊」規則。
脈衝星與燈塔效應：中子星如何被發現
中子星往往自轉非常快。想像一個花式滑冰選手把手臂收緊，轉速會加快；當恆星核心突然從很大壓縮到很小時，自轉角動量守恆會讓轉速飆升。有些中子星每秒可以轉數百甚至上千圈，若它們在磁極方向噴出電磁波或粒子流，旋轉時就像一個在宇宙中轉動的燈塔，地球每次掃過這束「光」就會收到一個規則的脈衝信號。我們把發出規律脈衝的中子星稱為脈衝星（pulsar）。
早期天文學家甚至一度戲稱這些規律訊號可能是外星文明的訊息，後來才確認是自然的中子星現象。脈衝星的發現是20世紀天文物理的重要里程碑，連結了核物理與天文觀測。
如何在觀測上分辨白矮星、中子星和黑洞？
我們無法直接「走到」這些天體去看內部，但可以用光度、光譜和時間變化來判斷：白矮星通常較穩定、尺寸較大且發光方式有特定光譜；中子星會發出極為規則的脈衝訊號（若我們剛好在掃描到它的燈塔方向）；黑洞則因為本身不發光，只能透過周圍物質落入時發出的輻射或對伴星的運動來間接推斷其存在。
歷史例子：蟹狀星雲與1074年的超新星
中國宋朝的天文記錄曾載有公元1074年觀測到的一顆客星，當時明亮數十天，現代天文學家確認那次超新星的殘骸就是現在的蟹狀星雲（Crab Nebula）。在蟹狀星雲的中心就有一顆中子星，它每秒發出非常穩定的脈衝，成為連結古代目擊與現代物理理解的精彩證據。
錢德拉（Chandrasekhar）和簡併壓力的理論意義
在理論上，印度裔天文學家錢德拉（S. Chandrasekhar）把熱力學、量子力學和引力結合，預言了電子簡併壓力能撐起白矮星，但當質量超過某個臨界值（後來稱為錢德拉極限，約1.4倍太陽質量）時，電子簡併壓力無法再支撐，恆星會繼續塌縮，可能形成中子星或黑洞。他的工作把理論預測放在天文觀測之前，為後來的超新星、脈衝星等發現提供了框架。
總結一下：白矮星是被電子的量子規則撐起來的密實殘骸；若質量更大、引力更強，電子會被壓進原子核與質子結合成中子，形成以中子為主體的中子星；觀測上，中子星的快速自轉與燈塔效應讓我們能用脈衝訊號辨識；超新星則是這些劇烈變化的重要環節，既是恆星生命的終章，也是新天體誕生的開端。
透過生活化的想像──擠月台的人群、把手臂收緊的溜冰選手、旋轉的電筒──我們可以比較直觀地理解這些極端天體的物理機制。下次抬頭看星空時，想一想在那些遠方光點背後，可能正上演著數十億倍於地球日常的壓縮與重生。
