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不可能存在的神秘星體——黑矮星!為何仍然被科學家大量研究?
2024/04/16

天文學領域,人們經常聽到白矮星一詞,這就是多數恒星老去后的模樣。思維跳躍的孩子聽到這個詞,可能會問,既然有白的,會不會有黑的呢?

說來也奇怪,科學家們一直認定沒有「黑矮星」這種星體,然而,他們仍然提出了這個概念。為什麼說它不可能存在?提出不存在的事物,又到底有何意義?

看到的白矮星和想象中的黑矮星

白矮星是天文學家根據恒星老去后的狀態,很形象的給它所處的階段起的名字。這一階段的恒星,相比于此前溫度要低很多,而且發出的光和熱,在遠距離的情況下幾乎無法被探測到。

形象一點去理解,就好比一堆火,燃燒殆盡快要熄滅的時候,殘余的火苗已經很小,這就類似于恒星的白矮星階段。

所以如果進一步推導的話,那堆火最終會熄滅,之后雖然看不到火光了,可燃燒后的殘留物質還在。

類比到白矮星上,既然它的光和熱最終被探測不到了,可它的殘留物也還存在,這個存在的殘留物,是不是就是黑矮星呢?

邏輯推論上確實是這麼回事,可在眼下的天文學領域,黑矮星的實際概念又不存在。因為天文學家計算發現,如果白矮星真的能達到黑矮星狀態,那它比現今已知的宇宙年齡137億年還要高。

黑矮星生成所需的時間,都超過了宇宙的年齡,那就意味著它不可能存在。而現在所能觀測到的恒星生命的極限,也就是白矮星。

此外,黑矮星這個名字,在天文學領域也曾被用來稱呼棕矮星。

這跟相對應的白矮星不是一種概念,棕矮星指的是質量不夠大,能夠維持核聚變的次恒星。在天文學上,這類次恒星又被稱為褐矮星。

同樣,因為黑矮星中也帶著一個「黑」字,有人會誤認為它跟黑洞一樣。實際上, 黑矮星跟黑洞沒有關系,兩者的前一種形態雖然都是恒星,但它們屬于恒星老去后的不同變體。

而且,黑矮星對應白矮星,目前只是一種假想存在形式。因此即便是對比的話,也應該是白矮星和黑洞之間的對比。

總之,以目前的天文學理論,黑矮星只能存在于假想中。那麼,如果此刻時間倒流,老去的恒星又會經歷哪些階段呢?

以太陽的年齡為例

在恒星領域,質量大小直接決定了壽命的長短,同時也決定了它生命結束的模樣。

以目前天文學家的研究來看,所有恒星的年齡都維持在10億年到100億年之間。這麼大的年齡差,都是因為自身的質量差異導致的。

從常規的角度去想,質量大的恒星,壽命應該相對更長才是,可實際上恰恰相反, 質量大的反倒壽命較短。

其實這也不難理解,恒星就像燃燒著的一堆堆熊熊大火,不同火堆的燃料是不一樣的。質量大的恒星,好比一堆燃燒著的秸稈,看起來火勢兇猛,可很快秸稈就燒光了,火也就滅了。

而質量小的恒星,可以理解成它燃燒的速度比較慢,所以持續的時間就會比較長。

根據天文學家的測算看, 如果一顆恒星的質量超過了太陽的60倍,那麼它的實際壽命只有300萬年左右。

相反,如果一顆恒星的質量比太陽的質量還小,甚至小上一半,那麼它的壽命就能拉長到數百億年。而天文學家預測太陽的壽命,也僅僅才100億年左右。

因此從質量上看,太陽介于大質量恒星和小質量之間,屬于中間類型的那種。也正因為太陽的質量不夠大,所以太陽在步入老年并迎接死亡的時候,并不會那麼「轟轟烈烈」。

白矮星就是太陽「死亡」后的形式,在這之前的階段,太陽并不會像有的恒星一樣,出現超新星爆炸。它會相當平靜的迎接死亡, 只會呈現出行星狀星云狀態。

在行星狀星云階段,如果宇宙中有其他高等生命體,遠距離就能觀察到。 比如貓眼星云,再比如上帝之眼,都是恒星死后的行星狀星云狀態。

這個階段持續的時間也相當漫長,當這些星云逐漸消散之后,剩下的最內層的內核,就是白矮星了。

它發白光,從人類的角度去感知,此刻的溫度也不低,但和此前的階段相比已經低了很多,而且溫度還在持續散失中。

白矮星階段會持續相當長相當長,超出了預測中的宇宙年齡,所以即便白矮星即便變成了黑矮星,現有的理論也僅僅只能是猜想。

以天文學家的測算,目前宇宙內,像太陽這樣的恒星已經死了很多, 光是在銀河系內,估算中的白矮星的數量就超過了100億顆。

只要是像太陽這樣的恒星,或者質量小于太陽的恒星,最終的階段都是白矮星。有人可能就要問了,如果是質量大的恒星,它的老去和死亡的階段,又會是什麼樣子呢?

「脾氣」大到爆炸并最終「黑化」

黑洞也是一個超級熱門的天文學概念,而黑洞的形成,就跟大質量的恒星有關。上面提到了,大質量的恒星,壽命相比于小質量的要短一些。

或許正因為壽命短氣不過,所以在死亡來臨的時候,才會氣得要「爆炸」。當然這只是玩笑, 質量超過太陽的3倍甚至10倍以上的恒星,最終的死亡結局都是爆炸。

因為這類恒星在老去的過程中,內部大引力的作用引發塌縮,這一過程也是一個溫度持續積累的過程。

這時候它雖然快要死了,然而持續累積的高溫又會再次引發核聚變,就像是一堆大火,大規模燃燒后引起燃料的坍塌,然后火勢又大了起來。

然而,不同于恒星階段的核聚變,這一階段因為其內部聚集生成了一個鐵核,通過核聚變而產生的能量會持續吸收而不是立刻釋放。

因為引力的作用,鐵核內部原本的電子,也被擠出了原來的位置,游離的電子和質子結合,進而就形成了中子。

當這個過程再次持續,接下來就是由內向外的爆炸。整個恒星的外部構造,由于爆炸而徹底不復存在。 瞬時產生的亮度,比它作為恒星時候的亮度要高出幾千萬倍。

這便是人們經常聽到的超新星爆炸,或者說是超新星爆發。這一瞬間釋放的能量有多大呢?

根據天文學家的測算,爆炸產生的能量, 相當于恒星在數百萬年內釋放的能量總和。所以一旦出現超新星爆炸事件,亮度以及所產生的能量,遠遠超過太陽在死亡時的行星狀星云階段。

而且, 爆炸是瞬間發生的,而留下來的爆炸場面,則能持續數千年甚至數萬年。穿透爆炸場面,它的內部就是一顆中子星。

它的體積很小,推測有的半徑只有10公里。然而,它的密度卻大到難以想象, 據說超過了水密度400萬億倍。

密度如此高,質量自然也大到超乎想象。經過測算對比, 太陽這類的恒星在變成白矮星后,一湯匙的質量有兩三噸重。 而中子星的質量,一湯匙就好比一座山的全部重量。

其實看到這里就知道,接下來它就應該逐步「黑化」了。它的歸宿是質量達到超過一個極限,科學界稱之為奧本海默極限。

一旦超過臨界點,它自身都無法對抗引力,之后就是黑洞。能夠吞噬一切,這就是質量大于太陽的恒星,在死后面臨的結局。

類似于假想黑矮星的存在一樣,天文學家也思考過黑洞接下來又會變成什麼。同樣,也因為遠遠超出了現在的宇宙壽命,一切也都是假設。

不管是太陽還是大質量的恒星,雖然在死亡后走向了不同的歸宿,但它們在逐漸老去的過程中,有些階段的經歷還是比較一致的。

而這個過程,對像人類這樣的生命體來說,是相當不友好的。

太陽會燒死我們

太陽在一刻不停進行著核聚變,且主要燃料就是氫,雖說量很大,然而也經不住持續幾十億年的燃燒。

等氫一旦燒完,太陽內部經年累月積累的大量氦,就會進行激烈的燃燒。這個過程被成為氦融合,相當于核聚變反應失控了。

瞬時就會產生爆炸,天文學領域這被叫做氦閃。爆發產生于瞬間,然而閃過后的過程卻能持續上百萬年。

就這樣,太陽會越變越大,氦的持續燃燒,使得其內部的溫度達到了上億攝氏度,這就是太陽的紅巨星階段。

一旦進入這個階段,彌留之際的太陽,就像一個殘暴的封建皇帝,將會拉上星系內的一切事物陪葬。

在這種情況下,因為顯而易見的高溫,所有的生命體都跑不了。當然,如果那時候人類文明還在,而且也沒有離開太陽系的話,一切也會隨著太陽的死去而煙消云散。

但是,最會有例外的存在。

結語

2019年,天文學家發現, 名為WDJ0914+1914的白矮星附近,居然存在著行星。經過反復確認,天文學家分析認為,這顆行星可能并不是WDJ0914+1914之前恒星時代的行星,

而是在這顆恒星變成白矮星后,該行星才進入它的范圍內的。因為引力作用的存在,這顆行星就被已經死亡的WDJ0914+1914捕獲了。

天文學家進一步推測認為, WDJ0914+1914的附近還有不少行星,這些行星因為軌道的交叉,引力的相互拉扯,最終導致某些行星的運行軌道接近了WDJ0914+1914的范圍。

當然,這些也僅僅是天文學家目前的猜測,至于該行星在此之前又是如何產生的,還得做進一步研究才行。

也就是說,WDJ0914+1914在變成白矮星之前,如果有原本行星存在的話,它還是將其他行星都吞噬了。

因此, 目前的宇宙之內,一旦恒星要死亡,行星陪葬的局面還是無可避免。 假設宇宙有很多生命體,而這些生命體的科技也沒有發達可以逃離的程度,那大機率會因為恒星的死亡,也有大量的生命被收割了。

從這個角度看,生命看似是獨立體,可還是跟宇宙的萬事萬物緊密相連,最終都逃不出宇宙的終極法則。

好在太陽的壽命還有數十億年,人類的文明能否延續那麼久,科技能否發展到超越恒星死亡存在的地步,一切就看人類基因的表現了。

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