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宇宙中從未發現過黑矮星?另一種宇宙終結方式:黑矮星超新星爆發
2021/09/07
2021/09/07
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

恒星最後的結局是什麼?

除了經歷超新星爆發,恒星變成白矮星、中子星以及黑洞,恒星還有另一個結局:黑矮星。

設想中的黑矮星黑矮星是類似太陽質量大小的恒星演化的最後期,以碳為主和少量的塵埃構成。

那它具體是怎麼形成的呢?在經歷過恒星演化到白矮星或中子星階段後,恒星的表面溫度將持續下降,最終停止發光發熱,由于整個星體都處于最低的能態,所以黑矮星不能也再向外發出輻射能。NASA的天文學家估計,太陽變成白矮星後,再過100億年就會成為一顆黑矮星。

簡單來說,黑矮星就是中子星和白矮星冷卻之後的產物,但中子星和白矮星的溫度並不低,剛剛形成的白矮星可以達到數十億度的高溫,讓這樣的高溫慢慢冷卻下來,不是一朝一夕可以完成的事。

白矮星所以目前為止我們沒有在宇宙中發現任何一顆黑矮星。它只是理論上估計未來將會出現的天體。科學家判斷,一顆恒星的殘骸要冷卻至黑矮星階段,大約需要200萬億年的時間,而現如今的宇宙年齡只有138億年,這要比我們現今的宇宙年齡還要長。

也就是說,就算是一顆從宇宙之初就誕生的白矮星,演化到今天僅僅發散了不到其總能量0.2%的熱量,仍在幾千開爾文的溫度下發著光,完全不足以冷卻成黑矮星,所以科學界也認為宇宙中暫時不存在黑矮星。

即使現在的宇宙中真的存在黑矮星,也很難觀測到,因為它們已經停止放出輻射,即使有,也只是極其微量,3K的宇宙微波輻射背景就能遮蓋它們的存在,要真想觀測到它們,一種理論認為可以利用重力的擾動來檢驗。

宇宙微波輻射背景那麼,200萬億年後黑矮星就出現了嗎?這也要畫一個問號,因為恒星在膨脹坍縮為白矮星之後,白矮星的周圍會存在大量的氣態物質,這些物質會被白矮星的引力捕獲,成為白矮星的大氣層,並且起到很好的保溫作用,這就阻礙了白矮星的散熱。

而如果白矮星的周圍還存在其他的恒星,那情況就更加複雜了,白矮星的體積不大,亮度也可能比不上一些特別耀眼的恒星,但它的密度高,質量也很大,要知道,一小勺白矮星的質量就大約等同于地球上的一輛汽車,它的表面重力比地球上的要高出10萬倍,在這樣的高壓下,任何物體都不能倖存。

如果白矮星身邊存在著其他恒星,它就會憑藉強大的引力不斷吸引恒星物質,當白矮星的質量增加到太陽質量的1.44倍時,它會發生La型超新星爆發,也就是一場熱核爆炸,爆炸過後,原本的白矮星不復存在,只留下殘存的星雲物質。

超新星爆發中子星也是如此,質量是太陽質量3倍以上的中子星可能也會再經歷一次超新星爆發,但中子星不會消失,反而會變成一個黑洞,所以說,真正能夠最終冷卻成黑矮星的恒星少之又少。

那麼,恒星進化到黑矮星階段,是不是預示著宇宙也接近終點了呢?

有研究表明,黑矮星的內部還是會發生聚變反應,只是速率非常低,質量在1.2到1.4倍太陽質量的恒星形成的黑矮星中,大約需要百萬年的時間,黑矮星才會發生一次緻密的核聚變,當黑矮星的物質通過緻密核聚變全部轉化為鐵時,就會被自己的質量壓垮,發生和普通超新星一樣的坍縮反應。

也就是類似于大質量恒星超新星爆發的那種巨大爆炸,那時候的宇宙已經膨脹到無法想象的地步,大約會有10^21顆黑矮星爆發成為超新星,黑矮星之間的距離很大,儘管會不斷地出現一個又一個黑矮星煙花,但你周圍目之所及的地方,是不會看到任何的黑矮星爆炸的,如果還有人類能勉為其難地活到那個時候的話。

這也將是宇宙最後的閃光,那時候的宇宙基本上不存在任何的年輕恒星,各處的溫度也基本接近絕對零度。而當這一批超新星全部熄滅後,宇宙就歸于徹底的寒冷和黑暗中了。

我們沒有機會看到或者體驗到這種新物體,但通過對宇宙的觀測和推演,我們確認了黑矮星這種天體的存在,並且還能知道它什麼時候會出現,這應該就是科學的魅力。

 

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