万亿年后才会诞生的恒星

栏目:推拿 来源:中国观察者网 时间:2019-10-13

从大爆炸到现在,宇宙已经经历了大约138亿年,其中大部分可见物质已经变成了许多不同大小、亮度和寿命的恒星。今天宇宙中的恒星有好多种类型,包括主序星、红巨星、蓝超巨星、白矮星等,但天文学家认为,还有一些恒星与现有的恒星类型都不同,但它们需要再经历几十亿年甚至数万亿年才有可能出现。

下面,我们就来介绍其中四种可能在遥远的未来才会出现的恒星。

蓝矮星

宇宙中最常见的恒星类型是红矮星,它是一种质量相对较小、温度相对较低的恒星。大多数红矮星的直径和质量均小于太阳的三分一,释出的光也比太阳弱得多,有的甚至会低于太阳光度的万分之一。

因为红矮星的质量太小了,导致其内部核聚变的速度变得很慢,因此它也拥有较长的寿命。天文学家估计,红矮星一般可以存活数万亿年,这意味着最早诞生的一批红矮星如今仍然在太空中闪耀。根据天文学家的推算,一颗质量相当于太阳10%的恒星可以存活近6万亿年,而最小的恒星,如距离地球约40光年的Trappist-1,存活时间可超过10万亿年。宇宙只有约138亿年的历史,这还不到红矮星的寿命的1%。

万亿年后才会诞生的恒星

我们的太阳只剩下50亿年左右的时间就会消耗完所有的氢燃料,并开始将氦聚变成碳,这一变化将触发太阳向着下一阶段演化。它首先会膨胀成红巨星,然后冷却收坍缩成密度极高的白矮星,其体积会变得只有地球一般的大小。

相比之下,红矮星在经历数万亿年之后,才会消耗掉最后一点氢储备,并走向生命的末期。那时,红矮星会在一段时间内会变得非常热,放射出蓝色的光芒,成为一颗蓝矮星。红矮星要进入蓝矮星的阶段,需要的时间是数十万亿年时间,所以蓝矮星不存在当前的宇宙中。

所以,蓝矮星是红矮星的末年,但这还不是它的归宿,它随后会开始向内坍缩,而不是像太阳一样向外膨胀。最终,一旦蓝矮星阶段结束,剩下的将只是一颗很小的白矮星,这和其他主序星的归宿是一样的。

黑矮星

白矮星形成时的温度非常高,凭借自身的热量就可以发出光,但是因为内部没有能量来源,因此它将会逐渐释放热量并且逐渐变冷。这样,白矮星发出的光会越来越暗淡,颜色越来越偏向红色。经过漫长的时间,白矮星发出的光不能再被看见,变为一颗冰冷的黑矮星。

太阳作为主序星的生命周期总共约100亿年,现在太阳已有46亿年的历史了,再过50多亿年之后,它将膨胀成一颗红巨星,并将以这种方式再保持十亿年,然后再变为一颗白矮星。美国宇航局的天文学家估计,太阳变为白矮星之后,以这种方式再保持100亿年,随后它才会成为一颗黑矮星,迎来太阳的真正死亡。

万亿年后才会诞生的恒星

2012年,天文学家发现了两颗有着110亿年历史的白矮星,这意味着它们可能正在向黑矮星转变的路上。然而,其他一些天文学家估计,恒星可以停留在白矮星阶段的时间会长达10万亿年。

白矮星未来的演化还有许多物理学上尚未解决的问题。例如,如果暗物质粒子能与白矮星发生作用,或者质子会发生衰变,这些都会减缓白矮星变冷的速度,导致变为黑矮星可能会需要更长的时间。但不管怎样,达到黑矮星所需的时间比当前宇宙的年龄要长,所以这种冰冷的星体在当前宇宙中还不存在。

冰冻星

当前宇宙中,氢和氦两种元素占据了宇宙可见物质的绝大部分,但随着恒星不断地将氢和氦合成其他更重的元素,这些重元素的含量越来越高。一些天文学家认为,再过几万亿年,宇宙中星际气体中的重元素含量会是如今的十几倍,在那时,宇宙中会出现一种特别的恒星,其表面温度只有水的冰点那么高的恒星,这就是所谓的“冰冻星”。

万亿年后才会诞生的恒星

之所以会出现这种恒星,是因为当星际气体中的重元素含量增加时,这些气体的不透明度增强了,使得它们更容易发生聚变,进而导致它们所能形成的恒星的最低质量以及最高质量都会降低。在几万亿年后的未来,恒星的最高质量将只有太阳质量的30倍,而当前宇宙中恒星的最高质量则超过了太阳质量的300倍。

此外,那时的恒星的最低质量只有太阳质量的4%,大致相当于木星质量的40倍。这种质量的天体放到当前的宇宙,它会成为一颗褐矮星。褐矮星是一种比巨行星大,但质量仍太小而不能发生核聚变的天体。换句话说,褐矮星是一颗失败的恒星。

但在遥远的未来,由木星质量的40倍的重元素的气体汇聚成的天体,会成为一颗刚刚合格的恒星,其内部氢能勉强地聚变成氦。这种恒星表面温度只有大约0℃,它的大气可能还充满了由冰构成的云,所以就把这种恒星称为“冰冻星”。冰冻星的光度还不足目前最微弱的恒星的光度的千分之一,但它的寿命也会变得更长。如果冰冻星真的形成的话,那么与其他恒星相比,它看起来会更像一颗褐矮星。

铁星

在极其遥远的未来,如果宇宙像现在一样不断地向外膨胀,而不是最终向内发生坍塌的话,那么宇宙中还可能出现一种非常不寻常的天体——铁星。

这种天体的形成过程是这样的:一个有着恒星级质量的天体,其内部比铁轻的元素会通过一种神奇的量子效应,在不需要很高的温度的条件下就能发生核聚变,最终都会聚变成铁-56核;而天体内部比铁重的元素则会通过核裂变或衰变变为铁-56核,最终使得整个天体变成一个冰冷的铁球。于是,铁星就诞生了,但铁星的形成过程非常漫长,可能需要再经过101500年才有可能在宇宙中出现。

万亿年后才会诞生的恒星

形成铁星的一个必要条件是质子不能发生衰变。物理学家还不清楚质子是否会发生衰变,如果真的会发生衰变的话,那么还没来得及出现铁星,宇宙中所有的原子核就都可能衰变没了,宇宙最终会变为一片空旷之地,黑暗且寒冷(这种情况就是所谓的宇宙热寂说)。

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