После «выгорания» термоядерного топлива в звезде, масса которой сравнима с массой Солнца, в нейтральной ее части (ядре) плотность вещества становится невероятно высокой. Средняя плотность вещества белых карликов часто превышает 109 кг/м3 (тонну на кубический сантиметр). При таких значениях плотности свойства газа кардинально меняются.

На то, что вещество белых карликов находится в каком-то особом, ранее неизвестном физическом состоянии, указывали их необычные спектры.

Во-первых, их линии поглощения во много раз шире, чем у нормальных звёзд.
Во-вторых, линии водорода могут присутствовать в спектрах белых карликов при таких высоких температурах, при каких в спектрах обычных звёзд их нет, так как весь водород оказывается ионизированным.
В-третьих, линии всех химических элементов немного сдвинуты в красную сторону по сравнению с соответствующими линиями в спектрах, полученных в земных лабораториях. Это эффект так называемого гравитационного красного смещения, обусловленного тем, что ускорение силы тяжести на поверхности белого карлика во много раз больше, чем на Земле - порядка 105 - 1 06м\с2, т.е. в 10 000 - 100 000 раз больше.

По отождествляемому химическому составу спектры белых карликов подразделяются на две категории: одни с линиями водорода, другие без линий водорода, но с линиями нейтрального либо ионизированного гелия или тяжелых элементов. «Водородные» карлики имеют существенно более высокую температуру (до 60 000 К и выше), чем «гелиевые» (11 000 – 20 000 К). На основании этого ученые пришли к выводу, что вещество «гелиевых» белых карликов практически лишено водорода.

Кроме того, были открыты белые карлики, спектры которых не поддавались отождествлению с известными науке химическими элементами и соединениями. Позднее у этих звёзд обнаружили магнитные поля, в 1000 – 100 000 раз более сильные, чем на Солнце. При таких напряженностях магнитных полей спектры атомов и молекул неузнаваемо искажаются, поэтому их трудно отождествить.

В середине 20-х годов итальянский физик Энрико Ферми разработал теорию, которая описывает свойства газов с плотностями, характерными для белых карликов. Оказалось, что давление такого газа не определяется его температурой. Оно остается высоким, даже если вещество остынет до абсолютного нуля. Газ, обладающий такими свойствами, назвали вырожденным, а звёзды, из него состоящие, - вырожденными звёздами.

В 1926 году английский физик Ральф Фаулер с успехом применил теорию вырожденного газа к белым карликам. На основании этой теории были сделаны два важных вывода:

1. Радиус белого карлика при заданном химическом составе вещества однозначно определяется его массой.
2. Масса белых карликов не может превышать некоторого значения – это так называемый предел Чандрасекара (по имени американского астрофизика, индийца по происхождению, Субрахманьяна Чандрасекара). Он равен примерно 1,4 массы Солнца. Если масса звезды больше, давлении вырожденных электронов не может противостоять силам гравитации и за считанные секунды происходит катастрофическое сжатие белого карлика – коллапс.

Белые карлики уникальные объекты: воспроизвести условия, в которых находится их вещество, в земных лабораториях пока невозможно.