萬億年後才會誕生的恆星

從大爆炸到現在，宇宙已經經歷了大約138億年，其中大部分可見物質已經變成了許多不同大小、亮度和壽命的恆星。今天宇宙中的恆星有好多種類型，包括主序星、紅巨星、藍超巨星、白矮星等，但天文學家認為，還有一些恆星與現有的恆星類型都不同，但它們需要再經歷幾十億年甚至數萬億年才有可能出現。

下面，我們就來介紹其中四種可能在遙遠的未來才會出現的恆星。

藍矮星

宇宙中最常見的恆星類型是紅矮星，它是一種質量相對較小、溫度相對較低的恆星。大多數紅矮星的直徑和質量均小於太陽的三分一，釋出的光也比太陽弱得多，有的甚至會低於太陽光度的萬分之一。

因為紅矮星的質量太小了，導致其內部核聚變的速度變得很慢，因此它也擁有較長的壽命。天文學家估計，紅矮星一般可以存活數萬億年，這意味著最早誕生的一批紅矮星如今仍然在太空中閃耀。根據天文學家的推算，一顆質量相當於太陽10%的恆星可以存活近6萬億年，而最小的恆星，如距離地球約40光年的Trappist-1，存活時間可超過10萬億年。宇宙只有約138億年的歷史，這還不到紅矮星的壽命的1%。

我們的太陽只剩下50億年左右的時間就會消耗完所有的氫燃料，並開始將氦聚變成碳，這一變化將觸發太陽向著下一階段演化。它首先會膨脹成紅巨星，然後冷卻收坍縮成密度極高的白矮星，其體積會變得只有地球一般的大小。

相比之下，紅矮星在經曆數萬億年之後，才會消耗掉最後一點氫儲備，並走向生命的末期。那時，紅矮星會在一段時間內會變得非常熱，放射出藍色的光芒，成為一顆藍矮星。紅矮星要進入藍矮星的階段，需要的時間是數十萬億年時間，所以藍矮星不存在當前的宇宙中。

所以，藍矮星是紅矮星的末年，但這還不是它的歸宿，它隨後會開始向內坍縮，而不是像太陽一樣向外膨脹。最終，一旦藍矮星階段結束，剩下的將只是一顆很小的白矮星，這和其他主序星的歸宿是一樣的。

黑矮星

白矮星形成時的溫度非常高，憑藉自身的熱量就可以發出光，但是因為內部沒有能量來源，因此它將會逐漸釋放熱量並且逐漸變冷。這樣，白矮星發出的光會越來越暗淡，顏色越來越偏向紅色。經過漫長的時間，白矮星發出的光不能再被看見，變為一顆冰冷的黑矮星。

太陽作為主序星的生命周期總共約100億年，現在太陽已有46億年的歷史了，再過50多億年之後，它將膨脹成一顆紅巨星，並將以這種方式再保持十億年，然後再變為一顆白矮星。美國宇航局的天文學家估計，太陽變為白矮星之後，以這種方式再保持100億年，隨後它才會成為一顆黑矮星，迎來太陽的真正死亡。

2012年，天文學家發現了兩顆有著110億年歷史的白矮星，這意味著它們可能正在向黑矮星轉變的路上。然而，其他一些天文學家估計，恆星可以停留在白矮星階段的時間會長達10萬億年。

白矮星未來的演化還有許多物理學上尚未解決的問題。例如，如果暗物質粒子能與白矮星發生作用，或者質子會發生衰變，這些都會減緩白矮星變冷的速度，導致變為黑矮星可能會需要更長的時間。但不管怎樣，達到黑矮星所需的時間比當前宇宙的年齡要長，所以這種冰冷的星體在當前宇宙中還不存在。

冰凍星

當前宇宙中，氫和氦兩種元素佔據了宇宙可見物質的絕大部分，但隨著恆星不斷地將氫和氦合成其他更重的元素，這些重元素的含量越來越高。一些天文學家認為，再過幾萬億年，宇宙中星際氣體中的重元素含量會是如今的十幾倍，在那時，宇宙中會出現一種特別的恆星，其表面溫度只有水的冰點那麼高的恆星，這就是所謂的「冰凍星」。

之所以會出現這種恆星，是因為當星際氣體中的重元素含量增加時，這些氣體的不透明度增強了，使得它們更容易發生聚變，進而導致它們所能形成的恆星的最低質量以及最高質量都會降低。在幾萬億年後的未來，恆星的最高質量將只有太陽質量的30倍，而當前宇宙中恆星的最高質量則超過了太陽質量的300倍。

此外，那時的恆星的最低質量只有太陽質量的4%，大致相當於木星質量的40倍。這種質量的天體放到當前的宇宙，它會成為一顆褐矮星。褐矮星是一種比巨行星大，但質量仍太小而不能發生核聚變的天體。換句話說，褐矮星是一顆失敗的恆星。

但在遙遠的未來，由木星質量的40倍的重元素的氣體匯聚成的天體，會成為一顆剛剛合格的恆星，其內部氫能勉強地聚變成氦。這種恆星表面溫度只有大約0℃，它的大氣可能還充滿了由冰構成的雲，所以就把這種恆星稱為「冰凍星」。冰凍星的光度還不足目前最微弱的恆星的光度的千分之一，但它的壽命也會變得更長。如果冰凍星真的形成的話，那麼與其他恆星相比，它看起來會更像一顆褐矮星。

鐵星

在極其遙遠的未來，如果宇宙像現在一樣不斷地向外膨脹，而不是最終向內發生坍塌的話，那麼宇宙中還可能出現一種非常不尋常的天體——鐵星。

這種天體的形成過程是這樣的：一個有著恆星級質量的天體，其內部比鐵輕的元素會通過一種神奇的量子效應，在不需要很高的溫度的條件下就能發生核聚變，最終都會聚變成鐵-56核；而天體內部比鐵重的元素則會通過核裂變或衰變變為鐵-56核，最終使得整個天體變成一個冰冷的鐵球。於是，鐵星就誕生了，但鐵星的形成過程非常漫長，可能需要再經過101500年才有可能在宇宙中出現。

形成鐵星的一個必要條件是質子不能發生衰變。物理學家還不清楚質子是否會發生衰變，如果真的會發生衰變的話，那麼還沒來得及出現鐵星，宇宙中所有的原子核就都可能衰變沒了，宇宙最終會變為一片空曠之地，黑暗且寒冷（這種情況就是所謂的宇宙熱寂說）。

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