白矮星是什么呢?我們的太陽最終就會變?yōu)橐活w白矮星。
太陽是一顆恒星,而恒星就是宇宙中能夠發(fā)光發(fā)亮的天體。恒星之所以能夠發(fā)光發(fā)亮是因為恒星上終日不斷的核聚變作用。氫元素在恒星高溫高壓的作用下被聚變成為氦元素,而在這個過程中,光和熱被釋放出來。
然而恒星上的氫元素并不是無限的,恒星也有燃料耗盡的一天,而當(dāng)恒星的燃料耗盡,它也就迎來了壽命的終點。通常來講,一顆恒星的壽命與這顆恒星的質(zhì)量呈現(xiàn)反比關(guān)系。恒星的質(zhì)量越大,其壽命越短。這是因為質(zhì)量越大的恒星,其溫度就越高、壓力就越大,所以氫核聚變也就更加劇烈,燃料的消耗速度也就更快。而太陽是一顆中等質(zhì)量的恒星,在恒星之中屬于黃矮星,壽命約為100億年。
太陽現(xiàn)在已經(jīng)走過了約50億年的歲月,可以說正值壯年,然而終有一日,太陽的壽命也會耗盡。
當(dāng)太陽步入暮年,會發(fā)生什么呢?當(dāng)太陽上的氫元素耗盡之后,太陽上的氫核聚變會轉(zhuǎn)為氦核聚變,而在這個過程中,太陽會發(fā)生氦閃,氦閃會在瞬間釋放巨大的能量,徹底破壞地球的生態(tài)系統(tǒng)。而在氦閃之后,太陽便會開始膨脹為一顆紅巨星,體積急劇增大,最終吞沒地球軌道,最后太陽會在自身的引力作用下急劇坍縮,成為一顆白矮星。
坍縮成為白矮星并非宇宙中所有恒星的共同命運,根據(jù)恒星的質(zhì)量不同,最終的解決也會有所不同,比如當(dāng)恒星的質(zhì)量達到一定程度,則會在生命的末期通過超新星爆發(fā)而成為一顆中子星,而質(zhì)量更大的恒星則會成為黑洞。
中子星和白矮星一樣,都是一種極為致密的天體。
不同的是中子星的密度比白矮星更大。每立方厘米的中子星物質(zhì)可以達到100公斤到10噸左右,而每立方厘米的中子星物質(zhì)最少也能夠達到8000萬噸以上。然而不管是白矮星,還是中子星,都不是恒星的最終形態(tài)。
可謂殊途同歸,最終白矮星和中子星都會變?yōu)橐环N叫做黑矮星的天體,也就是說黑矮星才是恒星的最終形態(tài)。什么是黑矮星呢?簡單來講,黑矮星就是中子星和白矮星冷卻之后的產(chǎn)物。中子星和白矮星雖然是恒星坍縮之后的產(chǎn)物,但是溫度并不低,通常來講,剛剛形成的白矮星可以達到數(shù)十億度的高溫,而要讓如此高溫的天體完全冷卻絕非一朝一夕的事情,這也是為什么時至今日都未曾發(fā)現(xiàn)黑矮星的原因。
一顆白矮星要想冷卻成為黑矮星,需要多久呢?
這難以得出一個精確的數(shù)值,但通常認為,白矮星冷卻成為黑矮星的時間應(yīng)該不少于200億年。這實在是太長了,要知道,迄今為止,宇宙的年齡約為138億歲,也就是說一顆從宇宙誕生之初便存在的白矮星,時至今日也還不足以冷卻成為一顆黑矮星,難怪迄今為止我們都未在宇宙中發(fā)現(xiàn)黑矮星的蹤跡。
那么是不是再過七八十億年以后,就能在宇宙中找到黑矮星呢?并沒有這么簡單。200億年的冷卻時間只是一個理論上的推斷,而事實上要想冷卻成為黑矮星可能要花費更長的時間。這是因為在恒星膨脹坍縮為白矮星之后,白矮星周圍會存在大量的氣態(tài)物質(zhì),這些物質(zhì)會被白矮星的引力捕獲成為白矮星的大氣層,并起到很強的保溫作用。
如果一顆白矮星附近還存在著其它的恒星,那么情況就更復(fù)雜了。
白矮星強大的引力會不斷吸引恒星物質(zhì),當(dāng)一顆白矮星的質(zhì)量達到太陽質(zhì)量的1.44倍時,則會發(fā)生la型超新星爆發(fā),在這之后,白矮星本身都將不復(fù)存在,取而代之的是一片星云物質(zhì)。la型超新星爆發(fā)的本質(zhì)實際上就是熱核爆炸。
白矮星如此,中子星也是如此。不過中子星要想發(fā)生類似的現(xiàn)象,質(zhì)量需要達到太陽質(zhì)量的3倍以上,而且中子星并不會在爆炸中消失,經(jīng)歷過這個過程以后,中子星有可能會變?yōu)橐粋€黑洞。所以說,雖然理論上黑矮星是恒星的最終形態(tài),但真正能夠最終冷卻成為黑矮星的恒星是少之又少的,而且人類文明存在的時間尚短,對于天體的演化以及相互之間的影響還有待觀測和研究。