《一路走來的宇宙 09》

相比而言，我們的太陽的一生將顯得樸素而平實。雖然太陽持續發光四十六億年了，它仍然是壯年。恒星壽命中百分之九十的時間都處在恒星內核氫燃料階段。當內核溫度低於一百億度，氫聚變依賴質子通過量子隧穿效應穿透質子庫侖排斥力形成的能量壁壘。氫聚合反應對溫度非常敏感。而大質量的恒星內部溫度較高一些，氫燃燒卻快很多，更猛烈，氫消耗得更早。結果大質量恒星的壽命反而比較小質量恒星短。在接下來的六十億年裏，太陽會逐漸增強亮度。之後，太陽內部積攢足夠的氦。氦的引力收縮提高太陽的溫度，促使外層的氫燃燒加強，太陽的外層開始膨脹，成為一個紅巨星。太陽的氦內核較小。氦點燃之後形成爆炸性的聚變，幾分鍾內轉化成碳，並且產生巨大能量。太陽的內核被攪亂。這個快速過程稱為氦閃。太陽接著進入冷卻過程，而且整體收縮，最後穩定下來，形為一個碳內核和氦氫兩個燃燒層。碳和氦可以聚合，產生少量的氧。氦和氫的燃燒讓太陽溫度升高。太陽重新成為一個紅巨星。它的外層膨脹一百到一千倍，吞沒了地球在內的所有岩石行星，還有木星。

太陽的氦燃燒層比較薄。三氦聚變需要足夠的溫度，又會隨溫度升高而加快。所以氦燃燒是悸動性的，在短時間之內消耗氫燃料，完成反應。等到一萬年後，積累到足夠多的量和溫度時，氦又開始下一輪燃燒。每次氦燃燒會產生高溫，將太陽外層的以氫為主的物質拋出去。四五次悸動反應後，太陽可能會損失百分之四十的物質。這些物質成為行星星雲，最終作為下一顆恒星形成的物質來源。有神話說鳳凰在火中死去，又從灰燼中複活。從這個意義上來看，恒星的生死演化正好詮釋了這個浴火重生的故事。太陽的光譜顯示太陽裏含有很多比氫氦更重的元素，說明形成太陽的星際雲物質曾經是好幾代恒星演化的產物。

太陽內部的溫度不足以點燃碳氧內核。引力讓內核收縮。但是電子是費米子，遵循泡利不相容原理。不可能有兩個電子處於同一個量子能態。兩個電子相互接近時，就會有量子效應的排斥力將它們分開。由此產生的電子簡並壓對抗引力。最後太陽內核形成高致密的碳氧白矮星。一個太陽質量的白矮星隻有地球的大小。白矮星會在漫長的歲月裏慢慢散熱。這應該是太陽的終結。

我們的宇宙裏有各種類大小不一的恒星。一顆初始質量小於0.08太陽質量的恒星稱為褐矮星。它其實隻是一個氣團，溫度低，顯得很暗淡。也許有一些氘聚變，但無法有氫燃燒。宇宙中大部分恒星的初始質量小於0.5太陽質量。它們能產生氫燃燒，但溫度，輻射和光亮都比不上太陽，起初是紅矮星。因為無法點燃氦聚變，紅矮星不會轉變成紅巨星，最後在氫燃燒耗盡之後形成氦白矮星。初始質量在0.5和8太陽質量之間的恒星類似太陽。它們最終變成碳氧白矮星。如果恒星的初始質量再大些，恒星內核的碳可以燃燒，最後形成氧氖鎂白矮星。對於初始質量超過10太陽質量的恒星，它們會發生II型超新星爆發，內核轉化成鐵。而內核質量超過1.4太質量的錢德拉塞卡極限時，電子簡並壓不足以對抗引力收縮。同時質子和電子合成中子，最後以中子的簡並壓對抗引力而形成極高致密的中子星。一顆兩個太陽質量的中子星隻有二十公裏大小。當恒星質量超過40太陽質量，它最終在超星爆發後可能留下一個2.8太陽質量或者更重的鐵內核。這時，中子簡並壓也抵擋不住引力的作用。內核坍縮成為黑洞。在現代的天文觀測中，白矮星，中子星和黑洞都由直接和間接的方式被證實。

--寫於2022年8月25日（圖片來自網絡）