这种艺术想象展示了一颗白矮星被固化,也许未来太阳也会发生同样的过程。
据新浪科技(任天):据国外媒体报道,太阳似乎是一个永远燃烧的气体球,但有一天它会死去,这听起来可能非常令人沮丧,尤其是对于那些在地球上生活了数十亿年的生物来说。但是太阳的死亡也有光明的一面。根据2019年1月发表在《自然》杂志上的一项研究,死去的太阳会留下一堆闪闪发光的遗产:它会变成一个巨大的晶体,但这不是你在普通吊灯上能找到的那种晶体。
在讨论超大恒星晶体之前,我们首先要知道像太阳这样的恒星是如何生存和死亡的。
从红巨星到白矮星
能量是由太阳原子的核聚变产生的。其巨大的引力将恒星核心的氢原子挤压在一起,并聚集成氦原子。在这个过程中,大量释放的能量被向外推,保持良好的平衡。只要有足够的氢燃料支持这个过程,核心的大小和温度就会保持不变(大约1500万开尔文)。核聚变产生的能量辐射到整个太阳系,最终催生了宜居星球地球上生命的进化。在太阳的生命周期中,这个燃烧氢的阶段大约持续90%的时间,这个生命周期中的恒星被称为“主序星”。目前,太阳的主序阶段已经过去了45亿年——大约是其寿命的一半。
氢原子耗尽后会发生什么?说得好听点,事情会变得有点疯狂。如果没有聚变氢产生的能量向外的压力,太阳的引力会压倒它的核心,把它挤进一个更小的空房间,它的温度会增加十倍。不过没关系,较重的氦核会开始聚变,再次产生向外的压力来维持平衡。据预测,这将在大约50亿年后开始发生,其标志是一种称为“氦闪”的能量突然爆发。在氦聚变的过程中,形成碳和氧,核心的温度再次升高。
不久之后,更重的元素开始融合,由于物质消耗,太阳整体看起来有点糟糕。它将开始膨胀,猛烈的太阳风将席卷星际空间空,太阳外层开始剥落。但是太阳的质量不足以爆炸成超新星,而会变成红巨星。它可能会扩展到地球轨道之外,烧焦我们的星球。
红巨星末期,残留在太阳外层的气体会被太阳风吹到太阳空中,电离成太阳等离子体,从而形成美丽的行星状星云。这个星云富含新形成的重元素,并将继续用于产生下一代恒星和行星。外层被剥离后,唯一剩下的将是被称为白矮星的炽热星核。这是一颗小而高密度的恒星,它将在数十亿年后逐渐冷却变暗,它将是太阳曾经位置的证明。
白矮星将在数十亿年后永远熄灭和变暗,但这并不是故事的结尾。利用欧洲盖亚任务的观测结果,英国华威大学的研究人员意外发现了一颗白矮星隐藏已久的秘密。
水晶白矮星
在其形成后不久,白矮星变得非常热,辐射出主序星核心曾经拥有的强大能量。在形成后的数十亿年里,白矮星会慢慢冷却下来,在某个时间点,其内部的氧和碳会发生相变——类似于液态水冻结成固体冰。只有在极端的温度和压力下,碳和氧才会凝固形成巨大的晶体。
华威大学物理系的研究负责人Pierre-Emmanuel Tramblay在新闻发布会上说:“所有的白矮星都会在它们进化的某个时候结晶,而较大的白矮星会更快地经历这个过程。”“这意味着我们银河系中完成这一过程的数十亿颗白矮星,本质上都是天空中的水晶球空。大约100亿年后,太阳本身将变成一颗白矮星。”
Tramblay的团队分析了Gaia mission的观测结果,测量了地球300光年范围内的15000颗白矮星的亮度和颜色,观察到某种颜色和亮度的恒星数量过多(或“堆叠”)。他们意识到,这组白矮星代表了恒星演化过程中的一个类似阶段,具有适合晶体相变的条件,这将导致冷却的延迟,从而延缓恒星的衰老过程。研究人员还发现,其中一些恒星的寿命已经延长了20亿年。
“这是白矮星结晶,或液体转化为固体的第一个直接证据,”Tramblay在声明中补充道。“50年前就有人预言,我们会观察到白矮星由于凝固结晶而在一定亮度和颜色下堆积。直到现在,我们都没有观察到这种现象。”
水晶白矮星不仅仅是一颗恒星。它们的量子组成不同于我们在实验室里重建的任何东西。当白矮星的物质结晶后,其物质在量子水平上变得有序,其原子核排列成三维晶格,形成金属氧核和富碳外层。
所以,太阳这样的恒星死后,它们的故事还没有结束。所有的白矮星都会经历这个结晶阶段,在星系中留下大量闪耀着钻石般光芒的恒星碎片。