星辰之死丨混亂博物館_風聞

我們總是專注於地上的一切，卻忘了大地也只是星辰之海中尋常的一顆微粒——在往期節目裏，我們已經瞭解過星辰的繁衍與歸宿，而在這一期裏，我們將看到星辰的生命如何終結：垂暮的恆星將如何死亡。

是的，恆星的“恆”僅僅是相對人類須臾短暫的壽命而言，在這個宇宙漫長的光陰中，它們也終將消亡，而不同的恆星就將走向不同的盡頭，其中最關鍵的決定因素，就是它們的質量。

而人類的文明有幸見證過了許多輝煌的瞬間。

－文字稿－

太陽已經熊熊燃燒了45.7億年，正演化在主序帶上，相當於人生的壯年，每秒鐘都有超過400噸的靜質量通過質子-質子鏈反應轉化為電磁輻射和中微子釋放出來，給我們帶來輝煌的光和熱，而這樣的光陰還將持續50億年左右。

到那時，太陽終於耗竭了核心的氫元素，開始在重力下收縮，結果收縮帶來的巨大能量點燃了核心的氦元素，以更高的核心温度反過來又點燃了外層的氫元素，吹脹了整個恆星，半徑擴大200多倍，成為一顆衰老的紅巨星——最終在激烈的氦閃之後釋放出匹敵其餘整個銀河的能量，外層物質最終將被吹散成一個行星狀星雲，而殘留的內核就成為一個熾熱的白矮星。

白矮星大多由核心氦聚變產生的碳和氧構成，但完全不同我們熟悉的常規物質：常規物質中的原子和原子，電子和原子核，彼此之間都有開闊的距離，尤其原子核以千億分之一的體積佔據了整個原子99.95％以上的質量——但是在白矮星中，巨大的引力帶來了巨大的壓力，原子的電子殼層被壓得粉碎，原子核與自由電子緊緊地堆在一起，靠電子的泡利不相容產生的簡併壓力維持着體積，這因此稱為電子簡併態，密度達到每立方米數千萬噸。

所有質量小於8倍太陽的恆星都將發展為不同成分的白矮星，但那些有伴星的白矮星還有一線轉機：它的伴星遲早也會踏上衰老膨脹的道路，那些不斷拋出的外層物質就可能穿過拉格朗日點進入白矮星的引力範圍，進而被白矮星吸收，使白矮星的質量越來越大，直到1.44倍太陽質量，那麼就連簡併壓力也不再能夠抵擋巨大的重力了，這被稱為錢德拉塞卡極限——在這個瞬間，白矮星中的碳原子核與氧原子核將被徹底擠碎，在一瞬間發生全面的碳聚變，白矮星被炸得粉身碎骨，拋射出的物質將以6%的光速橫掃周圍的一切，在短短几秒鐘之內釋放的能量超過太陽10億年的光輝的總和，在那一瞬間的亮度比可以達到一個星系的數千倍。

這樣壯麗的景象就被稱為Ia型超新星爆炸，Ia型超新星爆炸之後往往會留下一種獨特的超新星遺蹟，外層是紅巨星爆炸時留下的光滑的殼層，內層則是超新星爆炸留下的張牙舞爪的拋射物質。近代天文學家開普勒和第谷都目擊過這樣的超新星爆發，我們在今天也找到了它們的遺蹟。

與Ia型超新星相對的，是核心坍縮型超新星——那些初始質量超過8倍太陽的巨大恆星將有更高的核心温度，氫耗盡之後就啓動氦聚變，氦耗盡之後就啓動碳聚變，碳耗盡就啓動氖聚變，再啓動氧聚變，鎂聚變、硅聚變，層層嵌套，好像洋葱。

硅聚變最終產物是鐵，而鐵原子核擁有周期表上最高的核結合能，即使聚變也不再釋放能量，只能在巨大的壓力下像白矮星一樣靠電子的簡併壓力維持體積——那麼同樣，當鐵核的質量超過了錢德拉塞卡極限，就將開始不可阻擋的坍縮，核心外圍的物質將以23%的光速猛烈撞向鐵核，電子被擠進原子核，與質子結合成中子，而中子擁有更強的簡併壓力，常常可以抵擋外層物質的猛烈衝擊，於是以巨大的激波將外層物質反彈回去，形成了規模空前的巨大爆炸，一瞬間的亮度可達整個星系的數十萬倍以上。

我們此前講述過的“蟹狀星雲”，就是這樣一個超新星遺蹟：它源自北宋至和元年，1054年，中國人觀察到的一顆天關客星，這顆6500光年外巨大恆星有9到11倍太陽質量，爆發時比日月之外的一切天體都要明亮；如今的蟹狀星雲直徑達到11光年，還帶有明顯的瑞麗泰勒不穩定，中心是一顆年輕的脈衝星。

所謂脈衝星，是超新星爆炸後仍以中子簡併壓力維持體積的殘留核心，亦即中子星——剛剛形成的中子星通常具有極強的磁場，它們將帶着高速旋轉吸積盤從磁極釋放電磁輻射，如果電磁輻射間歇性地掃過地球，就稱為脈衝星，而那些質量超過3倍太陽的核心殘骸，連中子的簡併壓力也無法抵擋重力，就將坍縮成一個黑洞。

最後，那些孤獨的白矮星、中子星乃至黑洞，這些恆星最後的遺骸，將在超過宇宙壽命的漫長光陰中逐漸冷卻蒸發，那就是一個無法講完的故事了。

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