太阳这颗星星,每天给我们带来光明和温暖,它已经在宇宙中闪耀了大约46亿年。想想看,它每时每刻都在把大量物质转变成能量,差不多每秒钟就有几百万吨的东西就这样消失了,化作光和热洒向四周。这场巨大的燃烧从它诞生那天就开始了,到现在还没停下来的迹象。可再怎么庞大的燃料,也总有烧完的时候。科学家们算过,太阳还能这样稳稳当当地烧上50亿年左右。到了那时候,它会慢慢变老,发生一系列变化,最终安静地结束一生。恒星的结局,其实就看它有多重。质量小的,像太阳这样,死亡过程相对温和;质量大的,死起来就惊心动魄了。
氢烧完了会怎样?辐射压力一下子弱了下去,重力就占了上风。核心开始被压缩,温度继续升高。如果恒星质量够大,它还能接着烧氦,把氦融合成碳和氧,甚至更重的元素,一步步往铁烧。可铁是个死结,铁核融合不光不放能量,还得吸能量。到了铁这一步,核反应就彻底停了,炉子灭火了。接下来的一切,就完全取决于这颗恒星有多重了。质量成了决定命运的关键。
拿太阳这样的中等质量恒星来说,它的死亡方式其实挺温柔的,不会闹出太大动静。核心氢烧尽后,外层气体开始膨胀,星星体积会胀大到原来的一百多倍,变成一颗红巨星。那时候,太阳会变得巨大无比,表面温度降下来,看起来红彤彤的。内行星像水星、金星,肯定会被吞进去。地球呢?就算没被直接吞掉,也会被烤得不成样子,表面变成熔岩大海,海洋蒸发,大气逃散,彻底不适合活人了。这个红巨星阶段会持续好几亿年,在这段时间里,太阳会慢慢把外层物质吹出去,像剥洋葱一样一层一层抛掉,形成一个漂亮的云雾状结构,那就是行星状星云,看起来像个发光的环或泡泡,散在太空里。
外层抛光了,剩下的是核心部分,一颗白矮星。它只有地球那么大点体积,可质量却有太阳的一半左右。你想想,一茶匙这样的物质,得重好几吨,相当于一头大象压成一粒米的大小。这种可怕的密度,全靠一种叫电子简并压力的东西在撑着。这是量子力学里的规矩,电子们互相排斥,不肯挤得太紧,就形成了压力,对抗重力。科学家早在上世纪30年代就算出来了,这种压力有个上限,当白矮星质量超过太阳的1.44倍时,它就扛不住了。这个上限叫钱德拉塞卡极限,得名于那位印度天文学家,他为此还拿了诺贝尔奖。
白矮星自己不烧了,没有核反应产生能量,它就靠以前攒下的热量慢慢发光。冷却过程得花上几十亿年,甚至上百亿年,最终变成一颗黑矮星,完全不发光了,静静漂在宇宙里。可宇宙现在才138亿岁左右,还没哪颗白矮星凉透呢,黑矮星现在只是理论上的东西。太阳的命运就是这样:先胀大成红巨星,抛掉外壳,留下白矮星,慢慢冷却,归于平静。想想我们现在享受的阳光,到时候都会变成一颗孤独的小星星,体积小得可怜,却重得吓人。
质量再大一点的恒星,死法就完全不一样了,简直像场大灾难。那些质量在太阳8倍到25倍左右的家伙,烧得快,寿命短,一颗20倍太阳质量的恒星,可能只活几百万年。它们烧到铁核时,麻烦来了。铁核不支持聚变,辐射压力瞬间没了,重力像疯了一样把核心压塌。整个过程快得不可思议,直径几千公里的核心,在不到一秒钟里就被挤成直径二三十公里的小球。原子都被砸碎了,电子被压进质子,变成中子,核心成了一团纯中子物质。密度高到什么程度?一立方厘米得有几亿吨重,一茶匙下来,能压扁整座大山。
坍缩太猛了,内层物质砸到这个硬核上,像锤子砸铁砧,猛地反弹,产生巨大的冲击波,把外层物质以每秒上万公里的速度炸飞出去。这就是那种著名的核心坍缩型超新星爆发。亮度可怕极了,能超过整个星系几千亿颗星星加起来的光。历史上就有例子,1987年在大麦哲伦云里爆发的那个超新星,距离我们16万多光年,却亮到肉眼都能看见。地下探测器还抓到了从中飞来的中微子,那可是直接证明了理论的铁证。
爆炸后,留下的就是中子星。它会高速自转,有些每秒转几百圈,磁场强得吓人,比地球强上万亿倍。如果自转轴和磁轴不挨着,它就会像灯塔一样扫射电磁波,这就是脉冲星。最早发现脉冲星的时候,信号太有规律了,科学家们还开玩笑说是不是外星人在发信号呢。中子星也有自己的极限,大概2到3倍太阳质量,超过这个,连中子之间的压力都顶不住了,会继续塌缩。
质量更大的恒星,超过25倍太阳的那些巨无霸,连中子星都救不了它们。核心坍缩后,如果质量超过那个2到3倍的极限,什么力量都挡不住引力。物质一直往里挤,挤到体积趋近于零,密度无穷大,形成一个奇点。奇点外面有个边界,叫事件视界,过了这条线,连光都跑不出来,这就是黑洞。2019年,科学家们第一次拍到了黑洞的影子,一个被炽热气体环绕的黑暗圆盘,看起来既神秘又可怕。那是银河系外一个超级大黑洞,质量有太阳的65亿倍。还有2015年,引力波探测器第一次抓到两个黑洞合并时发出的波,那声音像宇宙在叹息。
黑洞听起来永恒,可其实也不是。著名物理学家霍金说过,由于量子效应,黑洞会慢慢蒸发,辐射出粒子。但这个过程慢得要命,得花10的67次方年那么久,比宇宙年龄长太多了。在我们能想到的时间里,黑洞就是宇宙里最顽固的东西。
恒星的这三种结局,说到底就是引力和各种压力在打架。质量小,电子压力够用,变成白矮星;质量中等,中子压力顶得住,变成中子星;质量大,什么压力都不行,直接黑洞。这两条线,1.44倍和2到3倍太阳质量,就是物理规律定的死界限,没得商量。
我们人类挺幸运的,正生活在太阳的黄金时期。它现在烧得正稳,给了地球刚好的温度,让生命有机会出现和发展。抬头看夜空,那些星星有的已经在走下坡路,有的还年轻力壮,有的早就死了,只剩残骸在闪。太阳50亿年后会变红巨星,把附近烤得一塌糊涂,地球上的日子肯定不好过。可那时候,人类要是还在,说不定早就想办法搬家了,或者找到新家园。宇宙这么大,总有地方能继续活下去。想想这些,你会不会觉得现在的生活更宝贵了?那些遥远的星星,用自己的生死告诉我们,时间有限,变化无常,得好好珍惜眼前的温暖和光明。