太陽死亡之後會如何?變成一顆太空“水晶球”

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據國外媒體報道,太陽看起來似乎是一個永遠燃燒的氣體球,但總有一天它會死去,這可能聽起來很讓人沮喪,尤其是對於那些在地球上生活瞭幾十億年的生物來說。但太陽的死亡也有光明的一面。根據2019年1月發表在《自然》(Nature)雜志上的一項研究,死去的太陽將留下一堆亮閃閃的遺產:變成一顆巨大的水晶,不過,這可不是你在普通枝形吊燈上能找到的那種水晶。這幅藝術想象圖展示瞭一顆正在固化的白矮星,也許太陽未來也將發生同樣的過程

在討論超大型恒星晶體之前,我們首先需要瞭解像太陽這樣的恒星是如何生存和死亡的。

從紅巨星到白矮星

太陽通過原子的核聚變產生能量,它的巨大引力將恒星核中的氫原子擠壓在一起,聚變成氦原子,並在這一過程中釋放出的大量能量,向外推動,維持著良好的平衡狀態。隻要有足夠的氫燃料支持這個過程,核心的大小和溫度就保持不變(大約1500萬開爾文)。核聚變產生的能量輻射到整個太陽系,最終孕育瞭地球這個宜居星球上生命的演化。在太陽所經歷的生命周期中,這個燃燒氫的階段持續瞭約90%的時間,這一生命期的恒星被稱為主序星。目前,太陽的主序星階段已經經過瞭45億年大約是它生命的一半。

當氫原子耗盡後會發生什麼?委婉地說,事情會變得有點瘋狂。如果沒有聚變氫所產生的能量向外的壓力,太陽的引力就會使其核心不堪重負,被擠壓成一個更小的空間,其溫度將提高十倍。不過沒關系,較重的氦原子核將開始聚變,再次產生向外的壓力來維持平衡。據預測,這將在大約50億年後開始發生,其標志是一種名為氦閃的能量突然噴發。在氦聚變過程中,碳和氧形成,核心的溫度再次上升。

不久之後,甚至更重的元素也開始聚變,使太陽整體上看起來會因物質消耗而有點糟糕。它將開始膨脹,猛烈的太陽風橫掃星際空間,太陽的外層將開始剝離。不過,太陽的質量還不足以爆發稱為超新星,而是會變成一顆紅巨星。它可能會擴張到地球軌道之外,將我們的星球烤焦。

在紅巨星末期,太陽外層殘存的氣體會被太陽風吹送進太空,並被電離成太陽等離子體,從而形成美麗的行星狀星雲。這個星雲內部富含新形成的重元素,將繼續用於產生下一代的恒星和行星。外層被剝離後,唯一留存下來的將是被稱為白矮星炙熱恒星核。這是一個小而高密度的恒星,將在數十億年中逐漸冷卻和暗淡,成為太陽曾經地位的證明。

白矮星在數十億年後會永遠熄滅和變暗,但這並不是故事的結局。利用歐洲蓋亞任務的觀測結果,英國沃裡克大學的研究人員偶然發現瞭一個潛藏已久的白矮星秘密。

水晶白矮星

在形成後不久,白矮星就變得非常熱,輻射出之前主序星核心曾經擁有的強烈能量。在形成後數十億年間,白矮星將慢慢冷卻,並在某個時間點上,其內部的氧和碳將發生相變類似於液態水凍結成固態冰。隻有在非常極端的溫度和壓力下,碳和氧才會固化形成一個巨大的水晶。

所有的白矮星都會在其演化過程中的某個時刻結晶,而更大質量的白矮星會更快地經歷這個過程,研究負責人、沃裡克大學物理系的皮埃爾-伊曼紐爾特朗佈萊在一份新聞稿中說,這意味著我們星系中數十億顆已經完成這一過程白矮星,本質上就是天空中的水晶球。大約100億年後,太陽本身將會變成一顆白矮星。

特朗佈萊的團隊分析瞭蓋亞任務的觀測結果,測量瞭距離地球300光年范圍內15000顆白矮星的亮度和顏色,觀察到某種顏色和亮度的恒星數量過多(或堆積)。他們意識到,這組白矮星代表瞭恒星演化中的一個相似階段,這個階段具有適合發生結晶相變的條件,而這會導致冷卻的延遲,從而延緩恒星老化過程。研究人員還發現,其中一些恒星的壽命延長瞭20億年。

這是白矮星結晶,或者說液體轉變為固體的第一個直接證據,特朗佈萊在聲明中補充道,50年前就有人預測,由於固化結晶作用,我們會在某些亮度和顏色下觀察到白矮星數量的堆積,直到現在我們才觀察到這一現象。

結晶的白矮星不僅僅是一顆恒星。它們的量子構成不同於我們在實驗室裡可以重建的任何東西。當白矮星物質結晶時,其物質在量子水平上變得有序,原子核排列成一個三維晶格,形成一個金屬氧核和一個富含碳的外層。

因此,在太陽這樣的恒星死亡後,它們的故事還沒有結束。所有的白矮星都會經歷這個結晶階段,在星系中留下大量像鉆石一樣閃亮的恒星殘骸。

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