我们头顶的太阳不会一直烧下去。像太阳这样质量的恒星,烧完核燃料之后既不会爆炸,也不会变成黑洞,而是走一条安静的结局:外层气体飘散,中间留下一个致密滚烫的内核,靠"余温"继续发光——这个内核就是白矮星。

拿太阳来说:大约五十亿年后,它会先膨胀成一颗又大又红的"红巨星",然后外层气体像脱壳一样飘散到太空里,剩下中间那个又小又烫、不再靠核心核聚变供能的内核。它有多致密?相当于把太阳大半的质量,压缩到地球那么大的球里——从上面挖一勺,就有好几吨重。因为不再烧新燃料,它只能靠存着的热发白光,一点点凉下去,这个过程长达上百亿年。

螺旋星云的哈勃与地面望远镜合成图。中心残核与外层散开的气体,展示太阳这类恒星晚年留下的结构;颜色经过处理。
螺旋星云的哈勃与地面望远镜合成图。中心残核与外层散开的气体,展示太阳这类恒星晚年留下的结构;颜色经过处理。
图片来源:NASA, ESA, and C.R. O’Dell (Vanderbilt University) · Wikimedia Commons

恒星的"退休余烬"

把一颗恒星想成一块煤:核聚变就是烧煤放光放热;煤烧完了,火灭了,但煤块本身还是烫的,还会继续发红、散热很久很久。白矮星就是那块烧完却还没凉透的煤——它还亮着,但火已经不会再旺了。

这个结局其实站得很稳:恒星的燃料耗尽后,引力本来会把整个内核继续往里压,但白矮星内部的粒子被挤到一定程度后会产生一种"排斥劲"顶住引力,不再核聚变也能撑住自己不塌,于是它就安安稳稳地当一个余烬,慢慢降温。而刚形成的白矮星表面很热,常呈白色或蓝白色,"白矮星"的名字就是这么来的:发白光、个头小。

为什么太阳不会变成黑洞

恒星的结局由质量决定,基本是"越大越惨烈"。太阳属于中小质量恒星,烧完燃料后的归宿就是白矮星;更大的恒星会以超新星爆炸的方式谢幕,残骸压成中子星;再大的恒星才会一路塌到底,连光都逃不出来,成为黑洞。

所以"太阳将来变成黑洞把我们吸进去"这个担心可以放下了:太阳走的是安静路线。不过它的退休过程对地球并不温柔——在变成白矮星之前,太阳会先膨胀成红巨星,多半会吞掉或烤焦地球;等它成了白矮星,太阳系里剩下的天体也将围着这颗余烬,在黑暗里慢慢降温。

白矮星的结局:黑矮星?

白矮星放不出新能量,只会越来越暗、越来越冷,理论上最终会变成一颗不发光、密度依然极高的"黑矮星"。但宇宙从大爆炸至今只有约 138 亿年(参见宇宙大爆炸),而一颗白矮星彻底凉透需要的时间比这还长得多——所以目前宇宙里大概率还没有任何一颗黑矮星,它暂时只是理论推算的终点。用望远镜看向许多光年外的这些天体,最初一批恒星的余烬,会是宇宙"年龄记录"里最长寿的见证者。

一眼看懂 / 示意图

太阳这样的恒星,晚年留下白矮星

whitedwarf主序阶段太阳现在红巨星外层膨胀外层飘散露出残核白矮星慢慢冷却

演化阶段示意,不按时间或尺寸比例;白矮星约地球大小,之后长期冷却。