科学|太阳，熄灭或是永恒燃烧？( 三 ) 科学

1个太阳质量的恒星，演化成白矮星之后的质量大约是0.6个太阳质量，体积则压缩至近似地球的大小。因为它向内的重力与电子产生的简并压力达到平衡，因此白矮星是很稳定的天体；这是泡利不相容原理导致的结果。电子简并压力提供了一个相当宽松的极限范围来抵抗重力进一步的压缩，因此针对给定的化学组成，白矮星的质量越大，体积反而越小。在没有燃料可以继续燃烧的情况下，恒星残余的热量仍可以继续向外辐射数十亿年。
白矮星图源：维基百科
白矮星在刚形成时有着非常高的温度，表面的温度可以超过100,000K，它的内部则更为炙热。它实在是太热了，因此在它存在的最初1,000万年大部分的能量是以微中子的形式失去，但绝大部分的能量是在之后的十亿年中流失质量不少于太阳一半的恒星也可以经由将核心的氢融合成氦来产生能量，质量更重的恒星可以依序以同心圆产生质量更重的元素。像太阳这样的恒星用尽了核心的燃料之后，其核心会塌缩成为致密的白矮星，并且外层会被驱离成为行星状星云。质量大约是太阳的10倍或更重的恒星，在它缺乏活力的铁核塌缩成为密度非常高的中子星或黑洞时会爆炸成为超新星。虽然宇宙的年龄还不足以让质量最低的红矮星演化到它们生命的尾端，恒星模型认为它们在耗尽核心的氢燃料前会逐渐变亮和变热，然后成为低质量的白矮星。
在最后，所有的白矮星残骸都将变成冰冷且黑暗，通常被称为黑矮星的天体。然而，宇宙现在还不够老，还不足以产生黑矮星这种天体。
2.3.2中子星
当恒星的核心崩溃时，压力造成电子捕获，因而使得大多数质子都转变成为中子。原本使原子核保持分离的电磁力都消失了（按比例，如果原子核的大小像极小的灰尘，原子将有如一个足球的竞赛场那么大），那么大多数恒星的核心就成为只有中子的致密球体，覆盖着薄薄的一层简并态物质。中子也遵循泡利不相容原理，以类似于电子简并压力但是更为强大的力，来抗拒进一步的压缩。

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中子星图源：维基百科
这种恒星被称为中子星，有着极高的密度，所以它们非常小，大小不会超过一个大城市，直径只有10公里的数量级。它们的自转周期由于恒星剧烈收缩而变得很短（因为角动量守恒）；观察到的中子星自转周期范围从1.5毫秒（每秒钟超过600转）到几秒。随着这些恒星快速自转，每当恒星的磁极朝向地球时，我们就会接收到一次脉冲的辐射。像这样的中子星被称为波霎，第一颗被发现的中子星就是这种型态的。检测来自波霎的电磁波辐射，通常大部分是无线电波，但也曾观测到波长在可见光、X射线、和γ射线波段的波霎。
2.3.3黑洞
如果恒星的残骸有足够大的质量，中子简并压力将不足以阻挡恒星塌缩至史瓦西半径之下时，这个恒星的残骸就会成为黑洞。现在还不知道需要要多大的质量才会发生这种情况，而目前的估计是在2至3个太阳质量之间。

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首张黑洞照片图源：维基百科
黑洞是广义相对论所预测的天体。依据古典的广义相对论说法，没有物质或讯息能够从黑洞的内部传递给在外部的观测者，虽然量子效应允许这种严谨的规律产生误差。目前天文学上的观测和理论也都支持宇宙中存在着黑洞。

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恒星演化历程图源：维基百科
三、结论
根据恒星演化历程，我们可以推测出太阳的命运。
太阳没有足够的质量爆发成为超新星，随着太阳烧掉它的氢供给，它会变得更热且更快地烧掉余下的燃料。其结果就是，太阳每11亿年就会更亮10% 。在10亿年的时间，随着太阳的辐射输出增强，它的适居带就会外移，地球的表面会热到液态的水无法在地球表面继续存在。此时地面上所有的生命都将绝迹。从海平面而来的水蒸气，一种强温室气体，可以加速温度升高，可以潜在地更早地结束地球上的所有生命。这时候可能火星的表面温度逐渐升高，冻结在表面土壤下的水和二氧化碳会被释放到大气里，产生温室效应暖化这颗行星直到它达到今天地球一样的条件，提供一个未来的生命的居住场所。35亿年后，地球的表面环境就会变得跟今天的金星类似。

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地球与金星对比图源：维基百科
约54亿年之后，太阳核心的所有的氢都会聚变成氦。核心将不再支撑得住引力塌陷，将会开始收缩，加热核周围的一个外壳直到里面的氦开始聚变。这将使其外层急剧扩张，这颗恒星将进入它生命中的红巨星阶段。在76亿年内，太阳会膨胀到半径为1.2AU——256倍于它现在的大小。在其红巨星分支的顶峰，因为巨量增大的表面积，太阳的表面会比现在冷却很多（大约2600K），它的光度会增高很多，会达到现在太阳光度的2700倍。在太阳成为红巨星的阶段，它会产生很强的星风，这将带走它自身33%的质量。