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太阳死亡之后会如何?

2020-01-07 09:54:31  来源:新浪科技

北京时间1月7日消息,据国外媒体报道,太阳看起来似乎是一个永远燃烧的气体球,但总有一天它会死去,这可能听起来很让人沮丧,尤其是对于那些在地球上生活了几十亿年的生物来说。但太阳的死亡也有光明的一面。根据2019年1月发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究,死去的太阳将留下一堆亮闪闪的遗产:变成一颗巨大的水晶,不过,这可不是你在普通枝形吊灯上能找到的那种水晶。

在讨论超大型恒星晶体之前,我们首先需要了解像太阳这样的恒星是如何生存和死亡的。

从红巨星到白矮星

太阳通过原子的核聚变产生能量,它的巨大引力将恒星核中的氢原子挤压在一起,聚变成氦原子,并在这一过程中释放出的大量能量,向外推动,维持着良好的平衡状态。只要有足够的氢燃料支持这个过程,核心的大小和温度就保持不变(大约1500万开尔文)。核聚变产生的能量辐射到整个太阳系,最终孕育了地球这个宜居星球上生命的演化。在太阳所经历的生命周期中,这个燃烧氢的阶段持续了约90%的时间,这一生命期的恒星被称为“主序星”。目前,太阳的主序星阶段已经经过了45亿年——大约是它生命的一半。

当氢原子耗尽后会发生什么?委婉地说,事情会变得有点疯狂。如果没有聚变氢所产生的能量向外的压力,太阳的引力就会使其核心不堪重负,被挤压成一个更小的空间,其温度将提高十倍。不过没关系,较重的氦原子核将开始聚变,再次产生向外的压力来维持平衡。据预测,这将在大约50亿年后开始发生,其标志是一种名为“氦闪”的能量突然喷发。在氦聚变过程中,碳和氧形成,核心的温度再次上升。

不久之后,甚至更重的元素也开始聚变,使太阳整体上看起来会因物质消耗而有点糟糕。它将开始膨胀,猛烈的太阳风横扫星际空间,太阳的外层将开始剥离。不过,太阳的质量还不足以爆发称为超新星,而是会变成一颗红巨星。它可能会扩张到地球轨道之外,将我们的星球烤焦。

在红巨星末期,太阳外层残存的气体会被太阳风吹送进太空,并被电离成太阳等离子体,从而形成美丽的行星状星云。这个星云内部富含新形成的重元素,将继续用于产生下一代的恒星和行星。外层被剥离后,唯一留存下来的将是被称为白矮星炙热恒星核。这是一个小而高密度的恒星,将在数十亿年中逐渐冷却和暗淡,成为太阳曾经地位的证明。

白矮星在数十亿年后会永远熄灭和变暗,但这并不是故事的结局。利用欧洲盖亚任务的观测结果,英国沃里克大学的研究人员偶然发现了一个潜藏已久的白矮星秘密。

水晶白矮星

在形成后不久,白矮星就变得非常热,辐射出之前主序星核心曾经拥有的强烈能量。在形成后数十亿年间,白矮星将慢慢冷却,并在某个时间点上,其内部的氧和碳将发生相变——类似于液态水冻结成固态冰。只有在非常极端的温度和压力下,碳和氧才会固化形成一个巨大的水晶。

“所有的白矮星都会在其演化过程中的某个时刻结晶,而更大质量的白矮星会更快地经历这个过程,”研究负责人、沃里克大学物理系的皮埃尔-伊曼纽尔·特朗布莱在一份新闻稿中说,“这意味着我们星系中数十亿颗已经完成这一过程白矮星,本质上就是天空中的水晶球。大约100亿年后,太阳本身将会变成一颗白矮星。”

特朗布莱的团队分析了盖亚任务的观测结果,测量了距离地球300光年范围内15000颗白矮星的亮度和颜色,观察到某种颜色和亮度的恒星数量过多(或“堆积”)。他们意识到,这组白矮星代表了恒星演化中的一个相似阶段,这个阶段具有适合发生结晶相变的条件,而这会导致冷却的延迟,从而延缓恒星老化过程。研究人员还发现,其中一些恒星的寿命延长了20亿年。

“这是白矮星结晶,或者说液体转变为固体的第一个直接证据,”特朗布莱在声明中补充道,“50年前就有人预测,由于固化结晶作用,我们会在某些亮度和颜色下观察到白矮星数量的堆积,直到现在我们才观察到这一现象。”

结晶的白矮星不仅仅是一颗恒星。它们的量子构成不同于我们在实验室里可以重建的任何东西。当白矮星物质结晶时,其物质在量子水平上变得有序,原子核排列成一个三维晶格,形成一个金属氧核和一个富含碳的外层。

因此,在太阳这样的恒星死亡后,它们的故事还没有结束。所有的白矮星都会经历这个结晶阶段,在星系中留下大量像钻石一样闪亮的恒星残骸。(任天)

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