當太陽走向終結，會發生什麼？

作者 | 不二北斗

在宇宙這個舞台上，總是上演著許多無與倫比的演出。我們時常為多樣及複雜的物質和能量是如何聚集在一起，並展現出不同的形態而感到驚訝。但同時我們也深知，萬事萬物都是有時間限制的：它們註定走向毀滅。

這包括了給予我們溫暖且維持著整個星球上所有生命的太陽。太陽不會永遠散發著光和熱，總有一天，當它耗盡所有燃料的時候，便會在一場熾熱的、災難性的爆炸中迎來生命的終結。當然，我們不必過分憂慮太陽的命運，因為那將發生在非常久遠的未來。基於對其它恆星的觀測，天文學家估算這將會發生在大約50億年後。

但天文學家不確定的是，在太陽的演化末期究竟會發生什麼？直到現在，一篇發表在5月7日的《自然天文學》雜誌上的論文指出，太陽在它生命的最後將會形成行星狀星雲。行星狀星雲標誌著所有恆星90％活躍生命的結束。

絢麗多彩的行星狀星雲。|圖片來源：ESA/Hubble & NASA, ESO, Ivan Bojicic, David Frew, Quentin Parker

當一顆恆星步入死亡時，它會將大量的氣體和塵埃——即它的「包層」——拋射入太空。包層的質量可以達到恆星質量的一半。此時，恆星的核心即將耗盡它的燃料，並將在最終死亡之前逐漸熄滅。到那時，包層會被熾熱的核心所發出的高能輻射照亮，並在接下來的一萬年里持續散發著光芒。這就是行星狀星雲可見的原因。有一些行星狀星雲極其明亮，即使在與之相距數千萬光年之遠的地方也依舊可見。

但是多年以來，科學家無法確定的是我們的太陽是否也會遵循同樣的命運？

天文學家曾認為，恆星的質量決定了它能形成怎樣的星雲，質量更大的恆星會形成更明亮的星雲，而質量較小的恆星產生的星雲的光芒太過於微弱，以至於無法從另一個星系中觀測到。根據恆星模型的預測，只有質量大於兩倍太陽質量的恆星才能形成明亮的星雲。太陽就是一顆被認為不足以形成可見行星狀星雲的小質量恆星。

但是從模型中得到的這一結論與觀測結果並不相符：明亮的行星狀星雲幾乎無處不在。例如在根本不存在大質量恆星的古老橢圓星系中，我們也能看到明亮的行星狀星雲。而且科學家還發現，這些行星狀星雲的亮度，無論是在有著大質量恆星的年輕旋渦星系中，還是在只有小質量恆星的古老橢圓星系中都一樣。數十年來，這種理論與觀測之間的矛盾讓天文學家倍感困擾。

為了解決這一難題，研究人員新發展了一種用來預測恆星生命周期的恆星數據模型。該模型可用於預測不同質量和年齡的恆星拋射出的包層的亮度（或光度）。研究人員用它展示了一種新的低質量恆星的演化軌跡，以一種簡單的方式解釋了困惑天文學家數十年的謎題。

基於一個新的恆星演化理論，天體物理學教授 Albert Zijlstra 及其同事模擬了行星狀星雲的形成。這個理論認為，在較小的恆星拋射包層之後，它們核心的溫度會升高的比之前想像的快3倍。這使得恆星的核心能在氣體還未膨脹到太遠之前，將更多的高能輻射輸入到周圍的星雲中，最終形成一個明亮的行星狀星雲。

行星狀星雲 Abell 39的直徑約為5光年，距地球約7,000光年。太陽的消亡，或許也會釋放出這樣奪目的光芒。|圖片來源：George Jacoby (WIYN Obs.) et al., WIYN, AURA, NOAO, NSF

模擬結果顯示，質量為太陽質量1.1到3倍的恆星，能產生亮度相近的行星狀星雲。這一結果解釋了為什麼在那些包含年齡在70億年以上的恆星的星系中找到的星雲，可以與包含年齡為10億年的恆星的星系中發現的星雲一樣明亮。

Zijlstra 教授補充說：「我們對其餘恆星產生的星雲的亮度預測則與觀測到結果的非常接近。25年後，這個問題終於被解決了！這是一個很好的結果。現在我們不僅可以對遙遠星系中年齡長達幾十億年的恆星進行測量（這是一個非常難以測量的範圍）；甚至還已經找出了太陽在死亡之後會發生什麼！」

觀測到亮度與用新模型計算出的恆星演化結果相一致，這驗證了新理論模型的正確性。根據新模型的預測，太陽在其生命的盡頭也會形成一個行星狀星雲，只是它會比較微弱。研究小組還發現，太陽幾乎恰好是可以產生一個雖然微弱但仍然可見的行星狀星雲的最低質量恆星。比太陽再稍小百分之幾的恆星都無法產生這樣一個星雲。此外，利用新的模型，行星狀星雲的亮度可被有效地用於推導「中年」恆星的形成歷史。

儘管如此，仍有一些謎題仍有待被解決：對於那些擁有恆星年齡在70億年以上、恆星質量極小的古老橢圓星系，模擬無法產生足夠明亮的行星狀星雲來與觀測到的數據相匹配。因此，我們還需要做更多的努力，才能完美地解釋為何明亮的行星狀星雲無處不在。

參考鏈接：

http://www.manchester.ac.uk/discover/news/what-will-happen-when-our-sun-dies/

https://www.sciencenews.org/article/planetary-nebula-stars-death-mystery?tgt=nr

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！