太阳死亡之后会如何？变成一颗太空“水晶球”

这幅艺术想象图展示了一颗正在固化的白矮星，也许太阳未来也将发生同样的过程

科技讯 北京时间1月7日消息，据国外媒体报道，太阳看起来似乎是一个永远燃烧的气体球，但总有一天它会死去，这可能听起来很让人沮丧，尤其是对于那些在地球上生活了几十亿年的生物来说。但太阳的死亡也有光明的一面。根据2019年1月发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究，死去的太阳将留下一堆亮闪闪的遗产：变成一颗巨大的水晶，不过，这可不是你在普通枝形吊灯上能找到的那种水晶。

在讨论超大型恒星晶体之前，我们首先需要了解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

太阳通过原子的核聚变产生能量，它的巨大引力将恒星核中的氢原子挤压在一起，聚变成氦原子，并在这一过程中释放出的大量能量，向外推动，维持着良好的平衡状态。只要有足够的氢燃料支持这个过程，核心的大小和温度就保持不变（大约1500万开尔文）。核聚变产生的能量辐射到整个太阳系，最终孕育了地球这个宜居星球上生命的演化。在太阳所经历的生命周期中，这个燃烧氢的阶段持续了约90%的时间，这一生命期的恒星被称为“主序星”。目前，太阳的主序星阶段已经经过了45亿年——大约是它生命的一半。

当氢原子耗尽后会发生什么？委婉地说，事情会变得有点疯狂。如果没有聚变氢所产生的能量向外的压力，太阳的引力就会使其核心不堪重负，被挤压成一个更小的空间，其温度将提高十倍。不过没关系，较重的氦原子核将开始聚变，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，其标志是一种名为“氦闪”的能量突然喷发。在氦聚变过程中，碳和氧形成，核心的温度再次上升。

不久之后，甚至更重的元素也开始聚变，使太阳整体上看起来会因物质消耗而有点糟糕。它将开始膨胀，猛烈的太阳风横扫星际空间，太阳的外层将开始剥离。不过，太阳的质量还不足以爆发称为超新星，而是会变成一颗红巨星。它可能会扩张到地球轨道之外，将我们的星球烤焦。

在红巨星末期，太阳外层残存的气体会被太阳风吹送进太空，并被电离成太阳等离子体，从而形成美丽的行星状星云。这个星云内部富含新形成的重元素，将继续用于产生下一代的恒星和行星。外层被剥离后，唯一留存下来的将是被称为白矮星炙热恒星核。这是一个小而高密度的恒星，将在数十亿年中逐渐冷却和暗淡，成为太阳曾经地位的证明。

白矮星在数十亿年后会永远熄灭和变暗，但这并不是故事的结局。利用欧洲盖亚任务的观测结果，英国沃里克大学的研究人员偶然发现了一个潜藏已久的白矮星秘密。

水晶白矮星

在形成后不久，白矮星就变得非常热，辐射出之前主序星核心曾经拥有的强烈能量。在形成后数十亿年间，白矮星将慢慢冷却，并在某个时间点上，其内部的氧和碳将发生相变——类似于液态水冻结成固态冰。只有在非常极端的温度和压力下，碳和氧才会固化形成一个巨大的水晶。

“所有的白矮星都会在其演化过程中的某个时刻结晶，而更大质量的白矮星会更快地经历这个过程，”研究负责人、沃里克大学物理系的皮埃尔-伊曼纽尔·特朗布莱在一份新闻稿中说，“这意味着我们星系中数十亿颗已经完成这一过程白矮星，本质上就是天空中的水晶球。大约100亿年后，太阳本身将会变成一颗白矮星。”

特朗布莱的团队分析了盖亚任务的观测结果，测量了距离地球300光年范围内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“堆积”）。他们意识到，这组白矮星代表了恒星演化中的一个相似阶段，这个阶段具有适合发生结晶相变的条件，而这会导致冷却的延迟，从而延缓恒星老化过程。研究人员还发现，其中一些恒星的寿命延长了20亿年。

“这是白矮星结晶，或者说液体转变为固体的第一个直接证据，”特朗布莱在声明中补充道，“50年前就有人预测，由于固化结晶作用，我们会在某些亮度和颜色下观察到白矮星数量的堆积，直到现在我们才观察到这一现象。”

结晶的白矮星不仅仅是一颗恒星。它们的量子构成不同于我们在实验室里可以重建的任何东西。当白矮星物质结晶时，其物质在量子水平上变得有序，原子核排列成一个三维晶格，形成一个金属氧核和一个富含碳的外层。

因此，在太阳这样的恒星死亡后，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，在星系中留下大量像钻石一样闪亮的恒星残骸。（任天）