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在浩瀚的宇宙中,有沒有恒星已經演化成了太陽在50億年後的樣子?

2024-08-04科學

宇宙中的萬物皆非永恒存續,太陽亦如此。據科學家推斷,約50億年後,太陽因其核心「燃料」耗盡而將趨於淪陷,那時太陽會演變為體積巨大的紅巨星,同時,太陽還會出現駭人的「氦閃」,其在瞬間釋放的能量可達太陽常態的上億倍。

此後,太陽終將演變為一類特殊的恒星——白矮星,該恒星密度頗高(達 10 噸/立方厘米),其核心核融合停止,僅依原有溫度發光,且會隨時間推移愈發黯淡。

那麽,問題隨之產生,於廣袤的宇宙內,是否存在已演變為太陽五十億年後形態的恒星?答案無疑是肯定的。

於室女座方向距地球約 413 光年之處,存有一顆白矮星,科學家命名其為「SDSS J1228 + 1040」。初步觀測資料顯示,該白矮星品質約為太陽品質的 70%,且在其周邊,存在著一個稀有的「碎屑環」(見下圖)。

在進一步的研究行程中,科學家憑借甚大望遠鏡(VLT)、加那利大型望遠鏡(GTC)等觀測設施,針對「SDSS J1228 + 1040」的「碎屑環」展開了長時間觀測。借助「都卜勒層析成像技術」,科學家察覺到在該「碎屑環」內,另有一天體存在,而後將其稱作「SDSS J1228 + 1040b」。

分析結果顯示,「SDSS J1228 + 1040b」與其主恒星相距約50萬公裏,直徑處於600至720公裏區間,密度至少為7.7克/立方厘米,至多可達39克/立方厘米,此密度恰在如地球這般的巖石行星核心密度範疇內。

因而一個合乎情理的推斷為,在並非久遠的往昔,「SDSS J1228 + 1040」原是一顆處於主序星時期的恒星,當其因核心「燃料」用盡而趨向滅亡之際,其體積劇烈膨脹,其後更出現了「氦閃」。

這一系列變動致使與其距離較近的行星皆遭毀壞,當下環繞其四周的「碎屑環」實則為這些行星的殘余物,至於「SDSS J1228 + 1040b」,極有可能是一顆巖石行星留存的行星核心。

必須指出,「SDSS J1228 + 1040」的被發現,使人們對太陽系的未來產生憂慮,當下我們唯有期望,在該情況出現之前,人類起碼應當擁有能夠在太陽系之外維持生存的科技能力。

在此或許有人會提出疑問,既然五十億年後太陽的消亡是由「燃料」耗盡所致,那麽屆時太陽為何還會膨脹,且會出現「氦閃」現象呢?其能量又源自何處?讓我們繼續探討。

太陽並非整體均處於「燃燒」狀態的巨大火球,事實上,太陽的能量源於其內部的核融合反應,不過在太陽內部,僅有核心區域的物質能夠進行核融合。

如上圖所示,太陽內部有一「放射線區」,太陽核心所產生的能量經此持續向外傳遞,因「放射線區」的存在,太陽外層物質難以進入太陽核心區域,故而在太陽整個主序星時期,僅會消耗其核心區的「燃料」。

太陽處於主序星階段時,其「燃料」為氫。因太陽核心的溫度與壓力無法促使氦發生核融合反應,所以當太陽核心的氫完全融合為氦時,其內部會喪失抵抗自身重力的能量,進而導致太陽體積收縮,致使其內部溫度與壓力急劇上升。

在此種情形下,原本處於太陽核心外部的氫會因滿足反應條件而產生核融合,其所形成的高溫會致使更外層的氫進行核融合,恰似太陽核心的外層被「引燃」,故而可將此稱作「氫殼層核融合」。

「氫殼層核融合」於短期內會迸發出海量能量,致使太陽的外層物質被「吹拂」而起,由此太陽的體積會急劇擴張,進而轉變為紅巨星。

另一方面,太陽核心由於缺乏能量抵禦重力,會持續塌縮,致使溫度與壓力不斷上升,在其核心最深處,眾多的氦會逐步被壓至簡並態。

鑒於簡並態物質具有極高的密度,且其體積大體上不受溫度變化左右,所以當太陽核心溫度滿足氦融合的要求時,會引發極為短暫的失控熱核融合,從而在須臾間釋放出巨大能量,此即為「氦閃」現象。