太阳毁灭后,将会变成一个大水晶

我们的太阳可能看起来像一个永恒的燃烧着的气体球,但总有一天它会毁灭。这听起来可能有点令人沮丧,尤其是对数十亿年后生活在地球上的生物来说,但太阳末日也有好的一面。根据2019年1月发表在《自然》杂志上的研究,我们的太阳将会留下闪烁的遗产,变成巨大的水晶。

在我们开始讨论超大恒星水晶之前,我们首先需要了解像太阳这样的恒星是如何生存和消亡的。

太阳的燃料来自核聚变。它巨大的引力将其核心的氢原子挤压在一起,产生氦,而这些聚变过程释放的大量能量向外推动,保持着良好的平衡。只要在这个过程中有足够的氢燃料,内核就会保持同样的大小和温度(大约1500万开尔文),产生辐射整个太阳系的能量,最终在一个叫做地球的宜居星球上培育生命的进化。这个氢燃烧阶段持续了我们太阳生命的90%,这一时期被称为“主序”。目前,我们距离太阳的主序日已经45亿年了——或者大约是太阳生命的一半。

当氢都用完了会发生什么?没有氢聚变产生的能量向外的压力,太阳的引力会压倒核心,将其挤压成一个更小的空间,并将其温度提高10倍。不过没关系;较重的氦核将开始融合在一起,再次产生向外的压力,以保持平衡。据预测,这将在大约50亿年后开始发生,标志着能量的突然迸发,被称为“氦闪光”。随着氦聚变,碳和氧形成,核的温度再次上升。

不久之后,甚至更重的元素也开始融合,而太阳在整体上看起来会有点磨损。它将开始膨胀,猛烈的太阳风将星际空间炸开,开始剥离它的上层。虽然我们的太阳质量还不足以爆炸成超新星,但它会变成一颗红巨星,可能会膨胀到地球轨道之外,而我们的星球将被烤焦。

在我们的恒星毁灭后,它将留下一缕太阳等离子体的残骸——创造出一个美丽的行星状星云,富含新形成的重元素,将继续创造下一代的恒星和行星——在它的核心将是一个热的恒星残体,被称为白矮星,一个微小的、密集的恒星,闪耀着明亮的光芒。

白矮星可以自我维持数十亿年,直到永远消失和暗淡,但这并不是故事的结局。利用欧洲盖亚探测器的观测数据,英国华威大学的研究人员发现了一个一直隐藏的白矮星秘密。该探测器目前正在对银河系中的恒星进行精确测量。

白矮星在形成后不久就变得非常热,散发出强烈的能量,这种能量曾经存在于它们之前的主序恒星的核心。在形成后的数十亿年里,白矮星慢慢冷却,在某一点上,它们所含的氧和碳将经历一个相变——类似于液态水冻结,变成固体冰,只有在更极端的温度和压力下才会凝固,形成一个巨大的晶体。

华威大学物理系的特朗布莱是这项研究的领导者,他在一次新闻发布会上说:“所有的白矮星都会在进化的某个时刻结晶,尽管更多的大质量白矮星会更快地经历这个过程。这意味着我们银河系中的数十亿颗白矮星已经完成了这一过程,它们本质上是天空中的水晶球。太阳本身将在大约100亿年后变成一颗水晶白矮星。”

特朗布莱的团队分析了盖亚的观测结果,以测量距离地球300光年范围内15000颗白矮星的亮度和颜色。他们发现的是特定颜色和亮度的恒星数量过剩(或“堆积”)。他们意识到这组恒星代表了恒星演化中类似的一个阶段,在这个阶段发生相变的条件是合适的,这导致了冷却的延迟,从而减缓了老化过程。研究人员发现,其中一些恒星的寿命延长了20亿年。

“这是白矮星结晶或从液体转变为固体的第一个直接证据,”同样在声明中的特朗布莱补充说。“50年前就有人预言,我们会观察到一定亮度和颜色的白矮星由于结晶而堆积起来,直到现在才观测到。”

结晶白矮星不仅仅是恒星的奇观,它们的量子组成不同于我们在实验室里可以重建的任何东西。随着白矮星物质的结晶,它的物质在量子层面上变得有序,原子核排列成三维晶格,形成金属氧核和富含碳的外层。

所以,我们知道,像太阳这样的恒星消亡后,它们的故事还没有结束。所有的白矮星都会经历这一结晶阶段,在星系中散落着大量的水晶状恒星残留物。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/tianwen/732.html