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十大恒星之最,寿命最长的红矮星

寿命最长的红矮星。

我们都知道,在宇宙中没有任何物质是永恒的,包括我们的太阳在内的所有恒星,都会经历一个从诞生到死亡的过程。只是这个过程会有快有慢,是由恒星的质量大小决定的。

这是因为,恒星的寿命和质量有关,质量越大的天体,寿命越短;质量越小的恒星,寿命越长。目前已知寿命最长的恒星是红矮星,寿命可以达到几百亿年甚至是上千亿年。由于目前宇宙只有138亿年,所以至今为止没有一颗红矮星走到了生命终点,以至于我们无法得知寿命最长的恒星能有多长。

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红矮星寿命为什么那么长?

红矮星的寿命之所以非常长,和红矮星的质量有关。

我们知道,恒星和行星的区别就是恒星能够发生核聚变,但核聚变的发生是有条件的,条件就是质量足够大。

在天文学上有一句黑话“质量为王”,意思是说,质量越大的天体,其产生的引力也越大,引力会将物质向中心挤压,但是物极必反,当天体的引力越大时,此时天体内部的压强以及温度就会越高,压强以及温度又会使得物质呈等离子态分布,我们一般常见的物质是:固态、液态、气态。等离子态是这三种状态之外的另一种状态。

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在等离子态下,电子会因为受到足够多的能量,而脱离原子核的束缚,导致原子结构将不会被保留,所以恒星内部是像一锅粒子粥一样,原子核,电子,光子到处乱串。

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在宇宙中最为常见的物质是氢和氦,这是因为形成它们的条件比较简单,所以宇宙中有99%的物质是由氢和氦组成,一般的恒星也是由这些物质组成。

在等离子状态下,由于原子核中的质子带有正电,而同种电荷之间又会相互排斥,因此就会发生核聚变反应。

但是核聚变反应的条件比较苛刻,以太阳为例,太阳的内核温度是1500万度,虽然比红矮星核心温度要高得多,但其他这个温度还远远达不到激发核聚变反应的温度。我们知道氢弹也是利用核聚变反应制作的武器,但引爆氢弹时会先点燃一个原子弹,使温度达到1亿度时才能引爆氢弹。

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那么红矮星又没有原子弹地激活,它们是怎么燃烧的呢?

如果你学过物理,你就知道在微观世界中存在着一种:量子隧穿效应。意思是说即使是能量不足以激发核聚变反应,但在微观世界中也存在着一定的概率发生,只不过发生的概率非常低。

但我们知道,红矮星内部有非常多的原子核,即使发生的概率低,也可以让反应得以发生,只不过发生核聚变的反应比较温和,不像氢弹一样一下子全炸了,因此红矮星的寿命比较长,可以持续燃烧大约几百亿甚至上千亿年。

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而质量越大的天体,引力越大,使得内核温度也越高,以至于核聚变反应比较剧烈,使得过不了几千万年就炸了。所以质量越大的天体,寿命越短。

在搜寻太阳系外类地行星领域,红矮星成了当仁不让的主角。因为它在银河系中数量最多、演化最稳定、寿命也最长。目前科学家估算,在银河系中至少有几十亿颗红矮星拥有类地行星。发现这些类地行星意义十分重大,因为红矮星既稳定又长寿,这些都是创造出生命以及生命向更高级进化所必须的。所以在红矮星的类地行星上发现生命,甚至发现高级生命的可能性也就更大。甚至有科学家断言,总有一天太阳系将不再适合人类生存,人类文明最理想的移居之地就是围绕红矮星的类地行星。

但是,红矮星真的像它们的表面看起来那样对生命友好吗?我们都知道太阳耀斑爆发对地球会造成影响,轻微的影响如极光,严重的会对人造卫星运行、对地球通讯甚至电网运行造成很大的危害。红矮星作为恒星的一个种类,它也会产生耀斑爆发,同样也会对它的行星造成危害。

为了准确评估红矮星的耀斑爆发会造成多大的影响,一个研究团队收集了“星系演化探测卫星”(简称GALEX)在近十年中的紫外观测档案,发现红矮星虽然表面温度低,紫外辐射也很低,但是低能级的耀斑爆发却是频繁发生的,这种频繁累积起来的效果会将行星的环境彻底恶化。

GALEX卫星探测到的红矮星耀斑爆发,类似于太阳耀斑爆发,只是能量低了很多。但是由于红矮星又小又冷,它的宜居行星会非常靠近母恒星。就像半人马座比邻星,它的质量只有太阳的15%,亮度只有太阳的400分之一,它的行星必须要离得非常近才能适宜居住,假如要得到地球上同样多的阳光,这颗行星的轨道要比地球围绕太阳的轨道近20倍。

因为辐射强度与距离是平方反比率,所以在如此近的距离上,行星受到耀斑爆发能量的轰击会是致命的,稍大规模的耀斑爆发就能够将行星大气层吹散,强烈的紫外辐射直射行星表面,会杀死所有暴露的生命。

因此,想在红矮星周围的行星上发现生命,也并非易事,更谈不上人类将来有一天移居到红矮星周围,将红矮星作为人类最后的避难所。

恒星的结局

恒星的结局也和质量有关,但由于目前科学家们没有发现一例红矮星走到了生命尽头,所以我们无法知道红矮星核聚变反应结束后会变成什么。

像太阳这样的黄矮星,一般主序星时期约100亿年,在这期间,黄矮星会先发生氢原子核核聚变,并将氢原子核转化为氦原子核。

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之后如果质量足够大,又会继续燃烧氦原子核,生成碳等,当氦原子核也烧完时,此时黄矮星剩余的质量不足以催发碳发生核聚变,于是就会向外抛出外层的气体,而内核则坍塌成白矮星。

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如果恒星的质量足够大,那么它在燃烧完氦原子核时,还会催发碳核聚变反应,一直到铁元素。由于催发铁原子核需要大量的能量,而铁原子核发生核聚变后只能释放出较少的能量,所以大多数天体只会进行到铁元素。

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如果该星球演化到后期,内核质量超过了钱德拉塞卡极限,也就是太阳质量的1.44倍,那么该星球就会坍塌成中子星。

如果内核质量超过太阳质量的3.2倍,那么该星球就会坍塌成黑洞。

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总结

在宇宙中,天体的质量能决定该星球的命运,如果天体质量没有达到8%太阳质量,那么该星球只能成为行星,超过了8%太阳质量的天体才会成为恒星。

红矮星就是刚刚达到恒星标准的星球,它们质量比较小,以至于核聚变反应也比较温和,不至于像超大质量恒星那样反应剧烈,所以红矮星的质量非常长,至今为止还没有一颗红矮星达到寿命终点,所以我们无法得知宇宙中寿命最长的恒星是什么。

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