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不可能存在的神秘星體——黑矮星!為何仍然被科學家大量研究?
2024/04/16

天文學領域,人們經常聽到白矮星一詞,這就是多數恒星老去后的模樣。思維跳躍的孩子聽到這個詞,可能會問,既然有白的,會不會有黑的呢?

說來也奇怪,科學家們一直認定沒有「黑矮星」這種星體,然而,他們仍然提出了這個概念。為什麼說它不可能存在?提出不存在的事物,又到底有何意義?

看到的白矮星和想象中的黑矮星

白矮星是天文學家根據恒星老去后的狀態,很形象的給它所處的階段起的名字。這一階段的恒星,相比于此前溫度要低很多,而且發出的光和熱,在遠距離的情況下幾乎無法被探測到。

形象一點去理解,就好比一堆火,燃燒殆盡快要熄滅的時候,殘余的火苗已經很小,這就類似于恒星的白矮星階段。

所以如果進一步推導的話,那堆火最終會熄滅,之后雖然看不到火光了,可燃燒后的殘留物質還在。

類比到白矮星上,既然它的光和熱最終被探測不到了,可它的殘留物也還存在,這個存在的殘留物,是不是就是黑矮星呢?

邏輯推論上確實是這麼回事,可在眼下的天文學領域,黑矮星的實際概念又不存在。因為天文學家計算發現,如果白矮星真的能達到黑矮星狀態,那它比現今已知的宇宙年齡137億年還要高。

黑矮星生成所需的時間,都超過了宇宙的年齡,那就意味著它不可能存在。而現在所能觀測到的恒星生命的極限,也就是白矮星。

此外,黑矮星這個名字,在天文學領域也曾被用來稱呼棕矮星。這跟相對應的白矮星不是一種概念,棕矮星指的是質量不夠大,能夠維持核聚變的次恒星。在天文學上,這類次恒星又被稱為褐矮星。

同樣,因為黑矮星中也帶著一個「黑」字,有人會誤認為它跟黑洞一樣。實際上, 黑矮星跟黑洞沒有關系,兩者的前一種形態雖然都是恒星,但它們屬于恒星老去后的不同變體。

而且,黑矮星對應白矮星,目前只是一種假想存在形式。因此即便是對比的話,也應該是白矮星和黑洞之間的對比。

總之,以目前的天文學理論,黑矮星只能存在于假想中。那麼,如果此刻時間倒流,老去的恒星又會經歷哪些階段呢?

以太陽的年齡為例

在恒星領域,質量大小直接決定了壽命的長短,同時也決定了它生命結束的模樣。

以目前天文學家的研究來看,所有恒星的年齡都維持在10億年到100億年之間。這麼大的年齡差,都是因為自身的質量差異導致的。

從常規的角度去想,質量大的恒星,壽命應該相對更長才是,可實際上恰恰相反, 質量大的反倒壽命較短。

其實這也不難理解,恒星就像燃燒著的一堆堆熊熊大火,不同火堆的燃料是不一樣的。質量大的恒星,好比一堆燃燒著的秸稈,看起來火勢兇猛,可很快秸稈就燒光了,火也就滅了。

而質量小的恒星,可以理解成它燃燒的速度比較慢,所以持續的時間就會比較長。

根據天文學家的測算看, 如果一顆恒星的質量超過了太陽的60倍,那麼它的實際壽命只有300萬年左右。

相反,如果一顆恒星的質量比太陽的質量還小,甚至小上一半,那麼它的壽命就能拉長到數百億年。而天文學家預測太陽的壽命,也僅僅才100億年左右。

因此從質量上看,太陽介于大質量恒星和小質量之間,屬于中間類型的那種。 也正因為太陽的質量不夠大,所以太陽在步入老年并迎接死亡的時候,并不會那麼「轟轟烈烈」。

白矮星就是太陽「死亡」后的形式,在這之前的階段,太陽并不會像有的恒星一樣,出現超新星爆炸。它會相當平靜的迎接死亡, 只會呈現出行星狀星云狀態。

在行星狀星云階段,如果宇宙中有其他高等生命體,遠距離就能觀察到。 比如貓眼星云,再比如上帝之眼,都是恒星死后的行星狀星云狀態。

這個階段持續的時間也相當漫長,當這些星云逐漸消散之后,剩下的最內層的內核,就是白矮星了。

它發白光,從人類的角度去感知,此刻的溫度也不低,但和此前的階段相比已經低了很多,而且溫度還在持續散失中。

白矮星階段會持續相當長相當長,超出了預測中的宇宙年齡,所以即便白矮星即便變成了黑矮星,現有的理論也僅僅只能是猜想。

以天文學家的測算,目前宇宙內,像太陽這樣的恒星已經死了很多, 光是在銀河系內,估算中的白矮星的數量就超過了100億顆。

只要是像太陽這樣的恒星,或者質量小于太陽的恒星,最終的階段都是白矮星。有人可能就要問了,如果是質量大的恒星,它的老去和死亡的階段,又會是什麼樣子呢?

「脾氣」大到爆炸并最終「黑化」

黑洞也是一個超級熱門的天文學概念,而黑洞的形成,就跟大質量的恒星有關。上面提到了,大質量的恒星,壽命相比于小質量的要短一些。

或許正因為壽命短氣不過,所以在死亡來臨的時候,才會氣得要「爆炸」。當然這只是玩笑, 質量超過太陽的3倍甚至10倍以上的恒星,最終的死亡結局都是爆炸。

因為這類恒星在老去的過程中,內部大引力的作用引發塌縮,這一過程也是一個溫度持續積累的過程。

這時候它雖然快要死了,然而持續累積的高溫又會再次引發核聚變,就像是一堆大火,大規模燃燒后引起燃料的坍塌,然后火勢又大了起來。

然而,不同于恒星階段的核聚變,這一階段因為其內部聚集生成了一個鐵核,通過核聚變而產生的能量會持續吸收而不是立刻釋放。

因為引力的作用,鐵核內部原本的電子,也被擠出了原來的位置,游離的電子和質子結合,進而就形成了中子。

當這個過程再次持續,接下來就是由內向外的爆炸。整個恒星的外部構造,由于爆炸而徹底不復存在。瞬時產生的亮度,比它作為恒星時候的亮度要高出幾千萬倍。

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