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宇宙中是否存在不发光的恒星?

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发表于 2017-6-20 04:56:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  满天的繁星,是否有一天会全部熄灭?- José Luis Quiñones / APOD
  130多亿年前,宇宙间的第一颗恒星被点燃。从此后,原本黑暗的宇宙逐渐充满了光明。
  恒星是星云坍缩的产物。星云的密度是不均匀的,密度大一点的地方,引力也大一点。因此物质在这些地方越聚越多。物质的密度和质量超过临界点后,这些地方的核聚变就开始了,恒星就诞生了。
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  恒星及行星系统的诞生过程。
  恒星就好像一个个火把,照亮了黑暗。它们都产生光和热。只不过火把的燃烧是分子间的化学反应,而恒星的燃烧是原子核间的聚变反应。恒星和火把一样,燃料是有限的,它们都有熄灭的一天。
  恒星以氢为主要燃料。如果它们的质量足够大,那么一旦氢燃料耗尽,前一阶段聚变的副产品——氦,就会取代氢的地位,把聚变反应进行下去,维持恒星的相对稳定。就这样,一个阶段一个阶段地,较轻的元素被一步步地聚变成较重元素,直至新生成的元素,不足以在其内部环境中继续聚变。聚变反应的停止,导致能量产生的终止。恒星会在瞬间失去稳定,它的身体无法承受引力之重,随即坍塌。坚硬的内核会把内突的物质向外猛烈地反弹,制造出宇宙间最为壮观的天体现象之一——超新星。
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  哈勃太空望远镜拍摄的超新星1987A。
  质量较小的恒星性情温和。临终的它们逐渐失去对物质的掌控。物质流失,形成所谓的“行星状星云”。而质量最小的矮星,可能连“行星状星云”也制造不出来。
  恒星的死亡方式各种各样。但它们的死亡,并不都会立即导致它们停止发光。除了四散的物质,总还会留下一个内核。这个内核有的是黑洞,有的是中子星,而大多数是白矮星。
  我们可以说恒星级黑洞是立即熄灭的恒星,因为它们根本不发光。除非它拥有丰富的“食物”。但对于中子星和白矮星而言,情况完全不同。
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  中子星模拟图。
  中子星没有黑洞那么极端,但也拥有极高的密度。恒星燃烧的所有副产品,在超新星爆发过程中,会被压进一个体积极小、密度极高的球体中。这个球体的直径可以低至十几千米,密度可以在每立方厘米10的15次方千克左右,温度可以高达10的6次方K。虽然核聚变在中子星内部不再进行,但高温仍会导致它继续发光。
  中子星通常是蓝白色的。但它产生的辐射,大部分集中在肉眼看不见的X射线波段上。中子星没有能量补充,因此必然会变冷、变暗。但中子星体积极小,它的所有能量,如果通过它极为有限的表面散发,几乎起不到什么明显作用。因此对它而言,起主要作用的冷却方式是一种尚未被完全了解的物理机制——“中微子冷却”。中子星冷却的过程十分漫长,最短也相当于宇宙当前年龄的大约100万倍。有得等了。
  所幸,不是所有的恒星熄灭都要这么久。较小质量的恒星在核聚变反应停止后,会慢慢收缩成白矮星。白矮星的体积没有中子星那么小,密度也没有中子星那么大。它们的体积可以达到中子星的一千倍,大约相当于地球。它们的表面温度大约是2万K,是太阳的3倍多。比中子星凉爽多了!所以白矮星的冷却在理论上要比中子星快一点。
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  和地球差不多大的白矮星。白矮星表面的重力可以达到地球的10亿倍。
  但白矮星的“散热”主要只能通过它的表面,而不是中微子的逃逸。要让白矮星黑化,从宇宙背景上消失,那么它的温度就必须接近绝对零度。这个过程需要的时间,大约相当于宇宙当前年龄的1000倍。和中子星相比,这已经相当快了。一旦温度接近宇宙背景温度,它们就会变成“黑矮星”。
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  宇宙中可能还没有黑矮星,因为宇宙还不够老。
  由此看来,宇宙还是相当年轻的。因为当今宇宙中并不存在“黑矮星”。今天,宇宙中温度最低的白矮星,只失去了0.2%左右的热量,离变“黑”还遥遥无期。但现在没有,并不等于将来不会有。只不过它出现的时间,是在极其遥远的未来。
  我们知道它们会出现,我们也知道它们什么时候出现。那是在我们的银河系和仙女座星系融合之后,那是在银河中大部分恒星已经燃尽之时。那时,夜空中将只剩下低质量的红矮星还在如昏暗的烛光般闪烁,而在空旷宇宙中四处游荡着的,将有许多黑色的幽灵。它们都曾是繁星。
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