为什么宇宙中会有巨大的“钻石”

1992年，科学家们在半人马座天区发现了一颗距地球50光年、质量相当于1.1个太阳的白矮星BPM 37093。观测发现它有脉动的振荡，科学家由此推测其内部已经大部分冷却结晶。这颗白矮星主要由碳构成，而在地球上碳的结晶形态就是钻石，因此有的科学家把它比喻成一颗超大型的钻石。这颗钻石有多大呢？估计有$5×10^{29}$千克，即25亿亿亿亿克拉。相比之下，地球上最大的钻石“非洲之星”只有530克拉。科学家们开玩笑说，就算全世界的富人加在一起也买不起这么大的钻石。他们根据“甲壳虫”乐队的一首歌《戴着钻石的露西在天空中飞翔》给它起了一个昵称：“露西”。

如果未来科技的发展能让我们接近这个大钻石，是不是能从上面凿下一点来做戒指呢？恐怕不行。因为白矮星中的物质密度非常大，高达0.1～10吨每立方厘米，一汤匙这样的“钻石”重量就和一辆汽车相当。这不难理解，因为这样一个超重钻石的直径仅约3000千米，相当于把太阳压缩到月球这么大小，密度当然会很高。这种压缩是在恒星演化的末期进行的。当“露西”前世恒星的燃料燃烧完之后，无法再抵抗自身的引力，就会不断坍缩。这种压力之大使得原子中的电子与原子核脱离，恒星内部成为一片飘浮着原子核的电子“海洋”（电子气体）。随着星体的收缩，电子气体的密度也不断增高。但是，电子气体的密度增大有一定的极限。简单地说，我们可以把电子想象成需要占据一定空间的粒子。如果它们挤在一个很小的体积内，电子之间就会因为拥挤，产生相互排斥的压力。这种压力称为“电子简并压”，它会阻挡进一步的引力收缩，于是恒星在电子简并压和引力之间达到一种平衡，白矮星“露西”就这样诞生了。

像“露西”这样的白矮星的质量存在一个上限，这个上限是1.44倍太阳质量，称为“钱德拉塞卡极限”，是由印度裔美国天体物理学家钱德拉塞卡发现的。只有小于这个质量，白矮星才可以依靠电子气体的简并压来平衡自引力。一旦超过这个质量上限，电子简并压就无法抵抗星体自身的巨大引力，星体会继续向内快速坍缩，形成中子星或黑洞。太阳以及银河系中的大部分恒星，演化到末期的质量都小于钱德拉塞卡极限，因此它们中有许多都会变成巨大的钻石。