来自我们太阳的太阳耀斑,将物质从我们的母恒星射出太阳系,与核聚变造成的“质量损失”相比相形见绌,这使得太阳的质量减少了总重量的0.03%。价值:相当于土星质量的损失。E=mc^2,当你想到它时,展示了它的精力充沛,因为土星的质量乘以光速(一个大的常数)的平方导致产生巨大的能量。我们的太阳还有大约58亿年的时间将氢气融合成氦气,但在此之后还有更多的事情要发生。宇宙中最深刻的规则之一就是没有什么是永恒的。由于引力、电磁力和核力都作用于物质,我们今天所观察到的几乎所有存在的东西在未来都将面临变化。即使是那些在宇宙中转化核燃料的最庞大的恒星,有一天也会全部燃烧殆尽,包括我们的太阳。
但这并不意味着恒星的死亡——当恒星耗尽核燃料时——实际上是像我们的太阳这样的恒星的终结。恰恰相反,对于所有的恒星来说,一旦它们第一个,也是最明显的死亡,就会有很多有趣的事情等着它们。虽然我们的太阳的燃料确实是有限的,我们完全预计它会经历一次“典型的”恒星死亡,但这次死亡并不是终结。不是为了我们的太阳,也不是为了任何类似太阳的恒星。接下来是。
(现代)摩根-基南光谱分类系统,上面显示了每个恒星类别的温度范围,单位为开尔文。我们的太阳是一颗g级恒星,产生的光的有效温度约为K,这是人类在白天很好的适应。大多数的恒星明亮,更热更蓝,但你只需要大约8%太阳质量的氢到氦聚变开始,这是达到x6.9级红矮星也可以做到,只要他们实现关键核心温度高于万K。为了被认为是一颗真正的恒星,而不是一颗失败的恒星(如褐矮星)或一些尸体(如白矮星或中子星),你必须能够将氢聚变成氦。当一团气体坍缩成可能形成一颗新恒星时,它在弥散状态下有很多重力势能,当它坍缩时,重力势能转化为动能(热能)。这种坍缩使物质升温,如果它变得足够热,密度足够大,核聚变就会开始。
经过许多代学习明星,包括他们做得不形式,我们现在知道他们必须达成内部温度约万K开始氢聚变成氦,这至少需要~太阳质量的8%,或约70倍木星质量。至少有这么大的质量是成为恒星的最低要求。
这张剖面图展示了太阳表面和内部的不同区域,包括核聚变发生的核心。随着时间的推移,内核中含氦区域扩大,最高温度升高,导致太阳能量输出增加。当我们的太阳耗尽核心的氢燃料时,它会收缩并升温到足够的程度,氦就会开始聚变。
一旦质量/温度阈值越过,恒星开始将氢聚变成氦,并将遭遇三种不同的命运之一。这些命运完全由恒星的质量决定,而恒星的质量又决定了核心将达到的最高温度。所有的恒星都开始将氢聚变成氦,但接下来发生的是与温度有关的。特别是:
如果你的恒星质量太低,它只会把氢聚变成氦,而且永远不会热到足以把氦聚变成碳。纯氦构成是所有m级(红矮星)恒星的命运,它们的质量低于太阳质量的40%。这描述了宇宙中大多数恒星的数量。如果你的恒星像太阳一样,当核心耗尽氢时,它会收缩到更高的温度,当恒星膨胀成一颗红巨星时,氦开始聚变(变成碳)。它的末端将由碳和氧组成,较轻的(外层)氢和氦层被吹走。这发生在所有质量在太阳质量40%到%之间的恒星上。如果你的恒星的质量是太阳的8倍以上,它不仅会将氢聚变成氦,氦聚变成碳,还会在稍后引发碳聚变,导致氧聚变,硅聚变,最终,超新星爆发导致壮观的死亡。
当大多数大质量恒星死亡时,它们的外层富含核聚变和中子俘获所产生的重元素,被吹到星际介质中,在那里它们可以帮助未来的恒星,为它们提供岩石行星的原始成分,甚至可能是生命。我们的太阳需要大约8倍的质量才能达到这个目标,这是完全不可能的。这些是最传统的恒星命运,也是迄今为止最常见的三种。质量大到足以成为超新星的恒星非常罕见:所有恒星中只有0.1-0.2%的恒星有这么大的质量,它们会留下中子星或黑洞的残骸。
质量最低的恒星是宇宙中最常见的恒星,占所有恒星的75-80%,也是寿命最长的恒星。在我们亿年的宇宙中,寿命从亿年到多万亿年不等,没有一个耗尽了燃料。当它们形成时,它们将形成完全由氦构成的白矮星。
但是,类太阳恒星(约占所有恒星的四分之一)在其核心耗尽氦时,会经历一个迷人的死亡周期。它们在一个壮观但缓慢的死亡过程中转变成行星状星云/白矮星双星。
行星状星云NGC的蓝绿色环标志着高能紫外线从气体中的氧原子中剥离电子的位置。我们的太阳,作为一颗绕着恒星慢端旋转的单一恒星,很有可能在大约70亿年之后以类似于这个星云的形式结束。在红巨星阶段,水星和金星肯定会被太阳吞没,而地球可能会也可能不会,这取决于某些尚未完全确定的过程。海王星外的冰世界很可能会融化和升华,而且不太可能在我们的恒星死亡后幸存下来。
一旦太阳的外层回到星际介质中,剩下的就只有几具烧焦的尸体,它们围绕着我们太阳的白矮星残骸运行。核心,主要由碳和氧组成,将占我们现在太阳质量的50%左右,但只有地球的物理大小。
当质量较低的类太阳恒星耗尽燃料时,它们会在行星状星云中爆炸掉外层,但中心收缩形成一颗白矮星,这需要很长时间才会消失在黑暗中。太阳产生的行星状星云应该会完全消失,在大约95亿年之后,只剩下白矮星和我们的剩余行星。有时,物体会被潮汐撕裂,给我们太阳系的剩余部分添加灰尘环,但它们是短暂的。这颗白矮星将在很长一段时间内保持高温。热量是被困在任何物体内部的能量,但只能通过它的表面辐射出去。想象一下,在向我们的太阳这样的恒星中吸收一半的能量,然后把这些能量压缩成一个更小的体积。会发生什么呢?
它会变热。如果你把气体放在一个汽缸里,并迅速压缩它,它就会升温:这就是内燃机活塞的工作原理。产生白矮星的红巨星实际上比矮星本身要冷得多。在收缩阶段,温度从K(红巨星)上升到K(白矮星)。这种类型的加热是由于绝热压缩,并解释了为什么这些矮星如此热。
当我们的太阳耗尽燃料时,它将变成一颗红巨星,接着是一个行星状星云,中心有一颗白矮星。猫眼星云是这一潜在命运的一个视觉壮观的例子,其复杂的、分层的、不对称的形状暗示着一个双星伴星。在中心,一颗年轻的白矮星在收缩过程中不断升温,温度达到了比产生它的红巨星高数万开尔文的水平。但是现在,它必须冷却下来,它只能通过它的小的,很小的,地球大小的表面辐射出去。如果你现在形成一颗白矮星,在2万千米的高度,给它亿年的时间来冷却(目前宇宙的年龄),它会冷却多达40k:千米。
如果我们想让太阳冷却到看不见的程度,我们还有很长一段时间要等。然而,一旦我们的太阳耗尽了燃料,宇宙将很高兴地提供充足的时间。当然,本星系群中的所有星系都会合并在一起;由于暗能量,所有的星系都会加速远离;恒星的形成将放缓到涓涓细流,质量最低的红矮星将耗尽它们的燃料。尽管如此,我们的白矮星将继续冷却。
一颗白矮星(L)、地球反射太阳光线(中)和一颗黑矮星(R)的精确大小/颜色对比。当白矮星最终放射出它们最后的能量时,它们最终都会变成黑矮星。然而,白矮星/黑矮星内电子之间的简并压力总是足够大的,只要它不积累太多的质量,就可以防止它进一步坍缩。这是太阳经过10^15年后的命运。最终,在万亿到1千万亿年(年到年)过去之后,我们的太阳将变成的白矮星将从光谱中可见的部分消失,并冷却到绝对零度以上几度。现在我们知道它是一颗黑矮星,这个由碳和氧组成的球在太空中会快速地穿过我们星系的任何部分,还有超过一万亿颗其他恒星和我们所在星系遗留下来的恒星尸体。
但这也不是太阳真正的终结。有三种可能的命运等待着它,取决于我们有多幸运(或多不幸)。
当恒星系统之间发生大量的引力相互作用时,一颗恒星就会受到足够大的推力,从而从它所属的任何结构中被抛出。即使在今天,我们也能在银河系中观测到失控的恒星;一旦他们走了,就再也不会回来了。据估计,这将在10^17到10^19年间发生在我们的太阳上,这取决于我们所在星系中恒星尸体的密度。
1)。完全不走运。银河系中大约有一半的恒星尸体——在大多数星系中——来自于单线态恒星系统,就像我们的太阳一样。虽然多恒星系统很常见,大约50%的已知恒星位于双星或三进制(甚至更丰富的)系统中,但我们的太阳是我们太阳系中唯一的恒星。
这对未来非常重要,因为它使得我们的太阳不太可能与一个伴星合并,或者吞下一个伴星,或者被另一个伴星吞下。如果我们与另一颗恒星或恒星尸体合并,我们将会冒着巨大的风险。假设我们运气不好,我们的太阳的尸体在未来会看到无数的引力与其他质量的相互作用,这应该会在我们的太阳系剩下的部分在大约10^17年到年后被逐出星系时达到顶峰。
两种不同的方式做一个Ia型超新星:吸积场景(左)和合并场景(R)。没有一个二进制的同伴,太阳永远不会去超新星通过吸积物质,但我们可能会合并与另一个白矮星的星系,这可能导致我们振兴Ia型超新星爆炸。2)。很幸运能重振雄风。你可能会认为,有充分的理由,一旦我们太阳的白矮星冷却下来,它就再也不可能发光了。但是,我们的太阳有很多方式来获得新生,并再次发出它自己强大的辐射。要做到这一点,它所需要的只是一个新的物质来源。如果,即使在遥远的未来,我们的太阳:
与红矮星或褐矮星合并,从分子云或气态行星聚集氢气,或者撞上另一具恒星尸体它可以再次点燃核聚变。第一种情况将导致至少数百万年的氢燃烧;第二颗将导致一场被称为新星的核聚变爆炸;后者将导致失控的超新星爆炸,摧毁两颗恒星的尸体。如果我们在被驱逐之前经历过这样的事件,那么我们的宇宙幸运将会被展示给我们星系中剩下的每一个人去见证。
这张x射线(蓝色)、射电(粉色)和光学(黄色)的合成图显示了恒星GKPersei的新星,这是我们使用当代最好的望远镜所能看到的一个很好的例子。当一颗白矮星吸收了足够多的物质,核聚变就会在它的表面出现尖峰,产生一种暂时的明亮耀斑,被称为新星。如果我们太阳的尸体与气体云或氢气团(如胭脂气体巨行星)相撞,即使在变成一颗黑矮星后,它也可能成为新星。3)。超级幸运,我们会被黑洞吞噬。在我们星系的外围,离占据我们星系中心的超大质量黑洞大约光年,只有由单个恒星形成的小黑洞存在。它们的横截面积是宇宙中所有大型物体中最小的。就星系目标而言,这些恒星质量的黑洞是最难击中的物体之一。
但偶尔,它们也会被击中。当小黑洞遇到物质时,它们会加速并将其引导到一个吸积流中,在那里,部分物质被吞噬并增加到黑洞的质量,但大多数物质会以喷流和其他碎片的形式喷射出去。这些活跃的低质量黑洞在爆发时被称为微类星体,它们是非常真实的现象。
虽然这种情况发生在我们身上的可能性极低,但总有人中了宇宙彩票,而那些中了彩票的人将成为黑洞的食物,作为他们最后的行动。
当一颗恒星或恒星尸体经过离黑洞太近的地方时,来自这一集中质量的潮汐力就能把它撕成碎片,从而完全摧毁它。虽然一小部分物质会被黑洞吞噬,但大部分物质会加速并被弹回太空。几乎宇宙中的每一个物体都有很大的可能性在遥远的将来会发生什么,考虑到我们这个宇宙角落的混乱环境,很难确定一个物体的命运。但通过了解我们所拥有的物体背后的物理原理,了解每种类型物体的概率和时间尺度,我们就能更好地估计出任何人的命运应该是什么样的。
对于我们的太阳来说,我们将在不到亿年的时间里变成一颗白矮星,在大约10^14-10^15年之后会变成一颗黑矮星,在10^17-10^19年之后会被逐出星系。至少,这是最可能的路径。但是合并,气体积累,碰撞,甚至被吞噬都是可能的,它们会发生在某人身上,即使可能不是我们。我们的未来也许还没有被书写出来,但我们应该明智地把赌注押在一个光明的未来数万亿年内!
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