▲ 天狼星A和B，雙星系統(tǒng)中的一顆普通（類似于太陽）恒星和一顆白矮星
北京時(shí)間 10 月 30 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，當(dāng)我們研究宇宙中的天體時(shí)，它們通常分為兩類：
1、自發(fā)光天體，比如恒星，它們可以自己產(chǎn)生光；
2、非自發(fā)光天體，需要外部能源才能讓自己被看見。
后一種類別包括行星、衛(wèi)星、塵埃和云氣等，它們發(fā)出的光，要么是反射其他光源，要么是吸收了外部能源后再發(fā)出光亮。
但是，自發(fā)光天體就一定是星嗎？令人驚訝的是，不僅很多自發(fā)光天體并不一定是星，而且很多名字里帶 “星”的自發(fā)光天體其實(shí)也不是真正的星。褐矮星、白矮星甚至中子星都不是星，而紅矮星、黃矮星（比如我們的太陽）以及所有巨型恒星則確確實(shí)實(shí)是星。造成這種不同之處的原因是這樣的。
▲ 各種大小、顏色和質(zhì)量的恒星（包括許多明亮的藍(lán)色恒星），其質(zhì)量是太陽的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。
在我們?nèi)粘Ｉ畹慕徽勚?，我們大多?shù)人都習(xí)慣性地認(rèn)為看得見的就是星星，認(rèn)為它就是一個(gè)巨大的物質(zhì)球，可以自己發(fā)光，可以向宇宙輻射能量。從某種意義上來說，這沒毛?。核泻阈且泊_實(shí)是這樣的。它們確實(shí)是一大塊物質(zhì)，在重力作用下達(dá)到流體靜力平衡。它們的內(nèi)部發(fā)生著一系列物理過程，將能量向外傳遞到表面。然后從它們的邊界，即恒星的光球?qū)?，一部分能量落在可見光的范圍?nèi)，進(jìn)而輻射到宇宙中。
所有這些都適用于恒星，但同時(shí)也適用于其他天體，其中有一些根本不是恒星。在天文學(xué)家眼里，想要成為一顆新星，需要跨越一個(gè)更為嚴(yán)格的門檻：內(nèi)部核心點(diǎn)燃核聚變反應(yīng)。請(qǐng)注意，不是隨隨便便的核聚變，而是將氫聚變成氦的核聚變反應(yīng)，或者將該反應(yīng)的產(chǎn)物繼續(xù)融合成更重元素的反應(yīng)。做不到這一點(diǎn)，天文學(xué)家是不會(huì)把一個(gè)天體視為恒星的。
▲ 和太陽差不多質(zhì)量的恒星演變過程
這聽起來似乎有點(diǎn)武斷，但請(qǐng)別急著下結(jié)論。這背后是有重要原因的：如果我們從氣態(tài)星云講起的話，原因就會(huì)顯而易見。在宇宙中，我們目前已知的恒星都起源于氣態(tài)星云。氣態(tài)星云遍布整個(gè)宇宙，主要由氫和氦、以及其它微量的較重元素組成。并且，如果氣態(tài)星云變得足夠冷或足夠大，或者內(nèi)部變得足夠的不穩(wěn)定，它們就會(huì)開始坍縮。
引力坍縮開始之時(shí)，有些區(qū)域的密度不可避免地會(huì)高于平均密度。與其他區(qū)域相比，高密度區(qū)域會(huì)對(duì)物質(zhì)施加更大的吸引力，因而隨著時(shí)間的推移會(huì)變得越來越密集。接下來發(fā)生的事情就是，不同區(qū)域爭(zhēng)相吸引盡可能多的物質(zhì)。但是這種情況存在一個(gè)問題：當(dāng)氣態(tài)星云坍縮時(shí)，內(nèi)部的粒子會(huì)碰撞加熱，從而阻止氣態(tài)星云進(jìn)一步坍縮。
▲ 鷹狀星云以持續(xù)不斷的恒星形成而聞名，其中包含大量的博克小球或暗星云
唯一的出路就是這些正在坍縮中的氣態(tài)星云可以用某種方式把能量輻射出去：它們必須得自我冷卻。最有效的方式就是借助那些微量的較重元素，它們輻射能量的本事比氫或氦原子可大多了。隨著星云中的一些物質(zhì)區(qū)域變得越來越熱，被加熱的氣體不僅開始輻射能量，還會(huì)將能量困在內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升。
這種氣體可能會(huì)發(fā)光，但它不是恒星，至少現(xiàn)在還不是。不過，我們可以暫且把它當(dāng)做原恒星云，因?yàn)槲磥硭锌赡艹蔀橐活w成熟的恒星。但是原恒星云要成為一顆成熟的恒星，其內(nèi)部溫度還需要再升高，而也只有當(dāng)物質(zhì)不斷被吸入高密度的區(qū)域時(shí)，溫度才會(huì)繼續(xù)升高，從而困住更多熱量。
當(dāng)核心溫度超過 100 萬開氏溫度時(shí)，最初的聚變反應(yīng)登場(chǎng)了。
▲ 原恒星 IM Lup 周圍有一圈原行星盤，不僅具有環(huán)形形狀，還具有趨向中心的螺旋特點(diǎn)
最先發(fā)生的事情是，氘（一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子組成的氫同位素）與一個(gè)自由質(zhì)子融合，形成一個(gè)氦 - 3 核：具有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。過了這一關(guān)之后，星云正式成為 “原恒星”：繼續(xù)從周圍分子云中積累質(zhì)量的一大團(tuán)物質(zhì)，其核心由壓力支撐。該壓力來自正在發(fā)生的氘聚變反應(yīng)，正好與引力抵消。
在大多數(shù)情況下，在這團(tuán)巨大的云氣中，會(huì)有很多個(gè)核心在拼命成長(zhǎng)，為自己吸引更多質(zhì)量，并不斷遠(yuǎn)離其他原恒星。在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，有贏家也有輸家，因?yàn)橐恍┰阈强梢垣@得足夠的質(zhì)量以加熱到大約 400 萬開氏溫度以上。這時(shí)候，它們就可以點(diǎn)燃鏈反應(yīng)。為我們的太陽提供能量的就是這種鏈反應(yīng)：質(zhì)子 - 質(zhì)子鏈反應(yīng)。如果過了這一關(guān)，那么恭喜你，成為宇宙大贏家：有望成為一顆真正的恒星。如果失敗了，那么你仍會(huì)停留在這個(gè)只能融合氘的 “搖擺”狀態(tài)，然后成為一顆褐矮星：一顆失敗的恒星。
▲ Gliese 229 是一顆紅矮星，周圍有一顆褐矮星 Gliese 299b 繞行
褐矮星的質(zhì)量在 13 倍木星到 80 倍木星之間：大約是太陽質(zhì)量的 7.5%。雖然它們被叫做褐矮星，但它們并不是真正的恒星，因?yàn)樗鼈儧]有達(dá)到臨界闕值：無法經(jīng)歷成為一顆成熟恒星必需的聚變反應(yīng)。如果一顆褐矮星與另一顆褐矮星合并或和另一顆褐矮星共生獲得足夠的質(zhì)量，然后成功跨越這道質(zhì)量門檻的話，它可以晉級(jí)成為一顆紅矮星：把氫融合成氦并成為一顆真正的恒星。
這些真正的恒星的質(zhì)量、顏色和亮度各不相同。質(zhì)量在太陽的 7.5% 到 40% 左右之間的恒星，是紅矮星：它們會(huì)把氫燃燒成氦，但也就僅此而已；它們永遠(yuǎn)無法達(dá)到更高溫度去做其他事情。質(zhì)量在太陽的 40% 到 800% 之間的恒星會(huì)最終演變成紅巨星，然后將氦融合成碳，直至燃料耗盡。質(zhì)量更大的恒星會(huì)演變成超巨星，并在生命盡頭爆發(fā)成為超新星。
▲ 現(xiàn)代恒星分類系統(tǒng)——Morgan–Keenan 光譜分類系統(tǒng)
所有燃燒氫、氦、碳或其他較重元素（最重不超過鐵元素）的恒星——不管它們是矮星大小、巨星大小還是超巨星大小——都是恒星。只要它們能通過核聚變的能量釋放過程將較輕元素融合成較重元素，我們就可以說它們是恒星。有些恒星穩(wěn)定，有些則會(huì)有脈動(dòng)和耀斑；有些是恒定的，有些則會(huì)變化；有些是紅色的，有些卻是藍(lán)色的；有些光芒非常微弱，有些光芒則是太陽的數(shù)百萬倍。
但這些都沒關(guān)系；它們依然都是恒星。只要這些天體的核心內(nèi)有核聚變正在發(fā)生（氘燃燒除外），它們就是恒星。
但是，每一顆恒星的燃料都是有限的，根據(jù)愛因斯坦的著名方程式 E = mc2，它們也只能將有限的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰俊．?dāng)聚變停止，并且核心收縮、溫度進(jìn)一步升高，而不再有新的聚變發(fā)生時(shí)，恒星的一生就算到此結(jié)束了。等到這一天，唯一的問題就是，接下來會(huì)發(fā)生什么。
▲ 大質(zhì)量恒星的一生
據(jù)我們所知，根據(jù)恒星的質(zhì)量和情況，這時(shí)候會(huì)有五種選擇：
1、紅矮星將完全由氦元素構(gòu)成，整個(gè)（前）恒星會(huì)收縮成白矮星，最終慢慢冷卻熄滅成黑矮星；
2、 和太陽差不多的恒星的外層氣體殼會(huì)被吹走，然后成為行星狀星云，而恒星的核心收縮成碳氧白矮星，最后慢慢冷卻熄滅成黑矮星；
3、 更重的恒星注定爆炸成為超新星，低質(zhì)量的超新星會(huì)在它們的核心產(chǎn)生質(zhì)量為 2.5 倍到 2.75 倍太陽的中子星；
4、 高質(zhì)量的超新星仍將會(huì)爆炸，但它們的核心太大而無法再產(chǎn)生中子星，而是會(huì)產(chǎn)生黑洞；
5、 或者，在極少數(shù)情況下，本將爆炸成為超新星的超巨恒星的外層氣體殼被偷走。這種情況下，失去外殼的恒星內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生 “奇特的”白矮星，比如氖白矮星或鎂白矮星。
不過，這些一般宿命——白矮星、中子星和黑洞，僅代表了我們所知道的可能性。
▲ 在質(zhì)量最大的中子星核心，單個(gè)原子核可分解成夸克 - 膠子等離子體
當(dāng)然，也會(huì)有更多奇特的可能性發(fā)生。中子星可以和一顆巨星合并，從而形成索恩 - 祖特闊夫天體。一顆極超新星或潮汐力崩潰事件會(huì)撕裂整顆超巨恒星，最終什么都不剩。或許壓縮的物質(zhì)還會(huì)有進(jìn)一步的退化形式——像奇特星、夸克星、先子星等等。我們只是尚未發(fā)現(xiàn)和識(shí)別到它們而已。此外，所有白矮星都會(huì)慢慢冷卻熄滅，先是發(fā)出紅光，然后是紅外光，最終在很久很久很久以后變成漆黑一片。
這些恒星殘骸的名字里雖然也帶星，但它們其實(shí)根本不再是恒星。它們核心內(nèi)部一旦停止聚變反應(yīng)，便只是恒星殘?。涸?jīng)恒星的遺留產(chǎn)物。白矮星不是星，白矮星的最終宿命黑矮星也不是星。中子星不是星；黑洞也不是星。其他奇特的星，比如奇特星、夸克星或先子星，即便真的存在，它們也不是星。索恩 - 祖特闊夫天體內(nèi)部如果繼續(xù)聚合較重元素的話，可以保留星身份；但只要聚變反應(yīng)停止，它就不再是星。
▲ 索恩 - 祖特闊夫天體是一種假設(shè)存在的恒星，為核心有中子星存在的紅巨星或紅超巨星
當(dāng)你將所有這些信息放到一起時(shí)，我們可以清楚地區(qū)分哪些是恒星、哪些不是恒星。坍縮的核心由輻射支撐并繼續(xù)從周圍分子云吸收云氣的，那是原恒星，但不是真正的恒星。核心內(nèi)部只融合氘而再無其他的，那是褐矮星（即進(jìn)化失敗的恒星），但也不是真正的恒星。只有核心內(nèi)部成功地在 400 萬開氏溫度或以上，把氫融合成氦、或把氦（或更重元素）融合成其他更重元素的，才可以被授予 “恒星”身份。
然而，核心內(nèi)的核聚變反應(yīng)一旦停止，你就不再是一顆恒星。任何種類的恒星殘骸——白矮星、中子星、黑矮星等等，都不是恒星，只能說曾經(jīng)輝煌過。這些殘骸也許會(huì)在之后的數(shù)萬億年里繼續(xù)發(fā)出光芒，閃耀的時(shí)間可能比孕育它們的真正恒星的壽命更長(zhǎng)，但歸根結(jié)底，就算名字帶 “星”，它們也已經(jīng)不再是真正的星。雖然沒有聚變也仍然可以發(fā)光，但它們終究不再是恒星。
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