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当太阳走向终结…

在宇宙这个舞台上,总是上演着许多无与伦比的演出。我们时常为多样及复杂的物质和能量是如何聚集在一起,并展现出不同的形态而感到惊讶。但同时我们也深知,万事万物都是有时间限制的:它们注定走向毁灭。


这包括了给予我们温暖且维持着整个星球上所有生命的太阳。太阳不会永远散发着光和热,总有一天,当它耗尽所有燃料的时候,便会在一场炽热的、灾难性的爆炸中迎来生命的终结。当然,我们不必过分忧虑太阳的命运,因为那将发生在非常久远的未来。基于对其它恒星的观测,天文学家估算这将会发生在大约50亿年后。


但天文学家不确定的是,在太阳的演化末期究竟会发生什么?直到现在,一篇发表在5月7日的《自然天文学》杂志上的论文指出,太阳在它生命的最后将会形成行星状星云。行星状星云标志着所有恒星90%活跃生命的结束。


○ 绚丽多彩的行星状星云。| 图片来源:ESA/Hubble & NASA, ESO, Ivan Bojicic, David Frew, Quentin Parker

当一颗恒星步入死亡时,它会将大量的气体和尘埃——即它的“包层”——抛射入太空。包层的质量可以达到恒星质量的一半。此时,恒星的核心即将耗尽它的燃料,并将在最终死亡之前逐渐熄灭。到那时,包层会被炽热的核心所发出的高能辐射照亮,并在接下来的一万年里持续散发着光芒。这就是行星状星云可见的原因。有一些行星状星云极其明亮,即使在与之相距数千万光年之远的地方也依旧可见。


但是多年以来,科学家无法确定的是我们的太阳是否也会遵循同样的命运?


天文学家曾认为,恒星的质量决定了它能形成怎样的星云,质量更大的恒星会形成更明亮的星云,而质量较小的恒星产生的星云的光芒太过于微弱,以至于无法从另一个星系中观测到。根据恒星模型的预测,只有质量大于两倍太阳质量的恒星才能形成明亮的星云。太阳就是一颗被认为不足以形成可见行星状星云的小质量恒星。


但是从模型中得到的这一结论与观测结果并不相符:明亮的行星状星云几乎无处不在。例如在根本不存在大质量恒星的古老椭圆星系中,我们也能看到明亮的行星状星云。而且科学家还发现,这些行星状星云的亮度,无论是在有着大质量恒星的年轻旋涡星系中,还是在只有小质量恒星的古老椭圆星系中都一样。数十年来,这种理论与观测之间的矛盾让天文学家倍感困扰。


为了解决这一难题,研究人员新发展了一种用来预测恒星生命周期的恒星数据模型。该模型可用于预测不同质量和年龄的恒星抛射出的包层的亮度(或光度)。研究人员用它展示了一种新的低质量恒星的演化轨迹,以一种简单的方式解释了困惑天文学家数十年的谜题。


基于一个新的恒星演化理论,天体物理学教授 Albert Zijlstra 及其同事模拟了行星状星云的形成。这个理论认为,在较小的恒星抛射包层之后,它们核心的温度会升高的比之前想象的快3倍。这使得恒星的核心能在气体还未膨胀到太远之前,将更多的高能辐射输入到周围的星云中,最终形成一个明亮的行星状星云。

○ 行星状星云 Abell 39的直径约为5光年,距地球约7,000光年。太阳的消亡,或许也会释放出这样夺目的光芒。| 

○ 行星状星云 Abell 39的直径约为5光年,距地球约7,000光年。太阳的消亡,或许也会释放出这样夺目的光芒。| 图片来源:George Jacoby (WIYN Obs.) et al., WIYN, AURA, NOAO, NSF

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