浮力晶体：让白矮星重获新生的奇妙现象

白矮星是是一些已经耗尽了核燃料的恒星的残骸，它们的质量大约是太阳的质量，但是它们的体积只有地球的体积。你可以想象一下，它们有多么的致密。这样的密度是我们在地球上无法实现的，所以我们要用一些特殊的物理理论来描述它们的性质。

白矮星没有了核能源，所以它们只能靠散发热量来冷却，就像一个热水壶一样，它们会越来越冷，直到最后冻成一块冰。这个过程可能需要几十亿年，甚至更长。我们可以用一些简单的公式来估计白矮星的冷却时间，比如说，它的冷却时间和它的质量的平方成反比，和它的半径的平方成正比。这意味着，质量越大，半径越小的白矮星，冷却得越快。这也和我们的直觉相符，因为质量越大，半径越小的物体，表面积越小，散热的效率越低。

但是，最近有一些天文学家发现了一些很奇怪的白矮星，它们的冷却过程被打断了，它们的亮度保持在一个恒定的水平，而不是随着时间逐渐变暗。这些白矮星的质量都比较大，大约是太阳的0.9倍，它们的表面温度都在1万度左右，它们的年龄都超过了80亿年。这些白矮星在赫罗图上形成了一个分支，被称为Q分支。赫罗图是一个用来表示恒星的亮度和表面温度的关系的图，它可以帮助我们了解恒星的演化过程。

这些Q分支的白矮星是怎么产生的呢？它们为什么会停止冷却呢？最近发表在《自然》的一篇论文，他们用了一些数值模拟和理论分析，来探究白矮星的内部结构和冷却机制。他们的主要发现是，这些白矮星的内部发生了一种固液分馏的过程，导致了一种浮力晶体的形成，这些晶体可以释放大量的重力能，从而抵消了白矮星的冷却。

什么是固液分馏呢？这是一种物质在固化的过程中，不同成分的分离的现象。比如说，你有一杯盐水，如果你把它放在冰箱里，水会先结冰，盐会留在液态的部分，这样就形成了两种不同的相，一种是纯水的固相，一种是盐水的液相，这就是固液分馏的一个例子。

白矮星的内部也会发生类似的过程，因为它们的核心主要是由碳和氧组成的，而且还有一些重元素的杂质，比如氖。当白矮星的温度降到一定的程度时，它们的核心会开始结晶，形成一种叫做体心立方的晶格结构。但是，这个晶格结构对于重元素是不稳定的，它会把重元素排斥到液态的外层，这样就形成了一个富含碳和氧的固相，和一个富含氖的液相。

这个过程有什么影响呢？首先，它会释放一些潜热，就像水结冰时会放出热量一样。其次，它会释放一些重力能，因为元素从内部向外部移动，会导致白矮星的重心下降，从而减小了白矮星的引力势能。这两种能量的释放，都会延缓白矮星的冷却，但是它们的效果都不够强，不能解释Q分支的白矮星的异常。论文的作者指出，还有第三种能量的释放，才是关键所在，那就是浮力晶体的能量。

什么是浮力晶体呢？这是一种由固液分馏产生的晶体，它的密度比液态的部分要小，所以它会向上浮动，就像冰块在水里一样。这种晶体的浮动，会导致液态的部分向下沉降，这样就形成了一种对流的运动，这种运动会释放更多的重力能，因为液态的部分比固态的部分要重，它们向下沉降，会使白矮星的重心更加下降，从而减小了更多的引力势能。这种能量的释放，就足以抵消白矮星的冷却，使它们的亮度保持在一个恒定的水平，直到固液分馏的过程结束。

这个过程会持续多久呢？论文的作者估计，对于一个质量为0.9倍太阳质量，表面温度为1万度的白矮星来说，它的固液分馏的过程会持续大约80亿年，这和Q分支的白矮星的年龄是一致的。这也意味着，这些白矮星在这段时间里，几乎没有冷却，它们的亮度和温度都保持在一个恒定的水平，就像一些主序星一样。这就是为什么我们说，这些白矮星不再是死星，而是有着新的生命的星星。