萬億年后誕生的恒星

科雷莫

從大爆炸到現(xiàn)在，宇宙已經(jīng)經(jīng)歷了大約138億年，其中大部分可見物質(zhì)已經(jīng)變成了許多不同大小、亮度和壽命的恒星。今天宇宙中的恒星有好多種類型，包括主序星、紅巨星、藍(lán)超巨星、白矮星等，但天文學(xué)家認(rèn)為，還有一些恒星與現(xiàn)有的恒星類型都不同，但它們需要再經(jīng)歷幾十億年甚至數(shù)萬億年才有可能出現(xiàn)。

下面，我們就來介紹其中四種可能在遙遠(yuǎn)的未來才會出現(xiàn)的恒星。

藍(lán)矮星

宇宙中最常見的恒星類型是紅矮星，它是一種質(zhì)量相對較小、溫度相對較低的恒星。大多數(shù)紅矮星的直徑和質(zhì)量均小于太陽的三分一，釋出的光也比太陽弱得多，有的甚至?xí)陀谔柟舛鹊娜f分之一。

因為紅矮星的質(zhì)量太小了，導(dǎo)致其內(nèi)部核聚變的速度變得很慢，因此它也擁有較長的壽命。天文學(xué)家估計，紅矮星一般可以存活數(shù)萬億年，這意味著最早誕生的一批紅矮星如今仍然在太空中閃耀。根據(jù)天文學(xué)家的推算，一顆質(zhì)量相當(dāng)于太陽10%的恒星可以存活近6萬億年，而最小的恒星，如距離地球約40光年的Trappist-1，存活時間可超過10萬億年。宇宙只有約138億年的歷史，這還不到紅矮星的壽命的1%。

我們的太陽只剩下50億年左右的時間就會消耗完所有的氫燃料，并開始將氦聚變成碳，這一變化將觸發(fā)太陽向著下一階段演化。它首先會膨脹成紅巨星，然后冷卻收坍縮成密度極高的白矮星，其體積會變得只有地球一般的大小。

相比之下，紅矮星在經(jīng)歷數(shù)萬億年之后，才會消耗掉最后一點氫儲備，并走向生命的末期。那時，紅矮星會在一段時間內(nèi)會變得非常熱，放射出藍(lán)色的光芒，成為一顆藍(lán)矮星。紅矮星要進(jìn)入藍(lán)矮星的階段，需要的時間是數(shù)十萬億年時間，所以藍(lán)矮星不存在當(dāng)前的宇宙中。

所以，藍(lán)矮星是紅矮星的末年，但這還不是它的歸宿，它隨后會開始向內(nèi)坍縮，而不是像太陽一樣向外膨脹。最終，一旦藍(lán)矮星階段結(jié)束，剩下的將只是一顆很小的白矮星，這和其他主序星的歸宿是一樣的。

黑矮星

白矮星形成時的溫度非常高，憑借自身的熱量就可以發(fā)出光，但是因為內(nèi)部沒有能量來源，因此它將會逐漸釋放熱量并且逐漸變冷。這樣，白矮星發(fā)出的光會越來越暗淡，顏色越來越偏向紅色。經(jīng)過漫長的時間，白矮星發(fā)出的光不能再被看見，變?yōu)橐活w冰冷的黑矮星。

太陽作為主序星的生命周期總共約100億年，現(xiàn)在太陽已有46億年的歷史了，再過50多億年之后，它將膨脹成一顆紅巨星，并將以這種方式再保持十億年，然后再變?yōu)橐活w白矮星。美國宇航局的天文學(xué)家估計，太陽變?yōu)榘装侵?，以這種方式再保持100億年，隨后它才會成為一顆黑矮星，迎來太陽的真正死亡。

2012年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了兩顆有著110億年歷史的白矮星，這意味著它們可能正在向黑矮星轉(zhuǎn)變的路上。然而，其他一些天文學(xué)家估計，恒星可以停留在白矮星階段的時間會長達(dá)10萬億年。

白矮星未來的演化還有許多物理學(xué)上尚未解決的問題。例如，如果暗物質(zhì)粒子能與白矮星發(fā)生作用，或者質(zhì)子會發(fā)生衰變，這些都會減緩白矮星變冷的速度，導(dǎo)致變?yōu)楹诎强赡軙枰L的時間。但不管怎樣，達(dá)到黑矮星所需的時間比當(dāng)前宇宙的年齡要長，所以這種冰冷的星體在當(dāng)前宇宙中還不存在。

冰凍星

當(dāng)前宇宙中，氫和氦兩種元素占據(jù)了宇宙可見物質(zhì)的絕大部分，但隨著恒星不斷地將氫和氦合成其他更重的元素，這些重元素的含量越來越高。一些天文學(xué)家認(rèn)為，再過幾萬億年，宇宙中星際氣體中的重元素含量會是如今的十幾倍，在那時，宇宙中會出現(xiàn)一種特別的恒星，其表面溫度只有水的冰點那么高的恒星，這就是所謂的“冰凍星”。

之所以會出現(xiàn)這種恒星，是因為當(dāng)星際氣體中的重元素含量增加時，這些氣體的不透明度增強了，使得它們更容易發(fā)生聚變，進(jìn)而導(dǎo)致它們所能形成的恒星的最低質(zhì)量以及最高質(zhì)量都會降低。在幾萬億年后的未來，恒星的最高質(zhì)量將只有太陽質(zhì)量的30倍，而當(dāng)前宇宙中恒星的最高質(zhì)量則超過了太陽質(zhì)量的300倍。

此外，那時的恒星的最低質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的4%，大致相當(dāng)于木星質(zhì)量的40倍。這種質(zhì)量的天體放到當(dāng)前的宇宙，它會成為一顆褐矮星。褐矮星是一種比巨行星大，但質(zhì)量仍太小而不能發(fā)生核聚變的天體。換句話說，褐矮星是一顆失敗的恒星。

但在遙遠(yuǎn)的未來，由木星質(zhì)量的40倍的重元素的氣體匯聚成的天體，會成為一顆剛剛合格的恒星，其內(nèi)部氫能勉強地聚變成氦。這種恒星表面溫度只有大約0℃，它的大氣可能還充滿了由冰構(gòu)成的云，所以就把這種恒星稱為“冰凍星”。冰凍星的光度還不足目前最微弱的恒星的光度的千分之一，但它的壽命也會變得更長。如果冰凍星真的形成的話，那么與其他恒星相比，它看起來會更像一顆褐矮星。

鐵星

在極其遙遠(yuǎn)的未來，如果宇宙像現(xiàn)在一樣不斷地向外膨脹，而不是最終向內(nèi)發(fā)生坍塌的話，那么宇宙中還可能出現(xiàn)一種非常不尋常的天體——鐵星。

這種天體的形成過程是這樣的：一個有著恒星級質(zhì)量的天體，其內(nèi)部比鐵輕的元素會通過一種神奇的量子效應(yīng)，在不需要很高的溫度的條件下就能發(fā)生核聚變，最終都會聚變成鐵-56核;而天體內(nèi)部比鐵重的元素則會通過核裂變或衰變變?yōu)殍F-56核，最終使得整個天體變成一個冰冷的鐵球。于是，鐵星就誕生了，但鐵星的形成過程非常漫長，可能需要再經(jīng)過101500年才有可能在宇宙中出現(xiàn)。

形成鐵星的一個必要條件是質(zhì)子不能發(fā)生衰變。物理學(xué)家還不清楚質(zhì)子是否會發(fā)生衰變，如果真的會發(fā)生衰變的話，那么還沒來得及出現(xiàn)鐵星，宇宙中所有的原子核就都可能衰變沒了，宇宙最終會變?yōu)橐黄諘缰?，黑暗且寒冷（這種情況就是所謂的宇宙熱寂說）。