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2019-01-10 | 科技新報

太陽百億年後反而風華正茂,新研究:白矮星會結晶凝固成「水晶球」

太陽百億年後反而風華正茂,新研究:白矮星會結晶凝固成「水晶球」

白矮星是恆星死亡後的殘骸核心,按照想像,看上去應該營養不良又乾癟。但一項新研究證明了半世紀前的理論預測,指出白矮星其實會進入結晶固化狀態,不只不醜,反而有如夜空中一顆又一顆閃閃發光的水晶球;換句話說,我們的太陽在百億年後也會成為一顆美麗的球體。

太陽百億年後反而風華正茂,新研究:白矮星會結晶凝固成「水晶球」

白矮星(white dwarf)是中、低質量恆星演化階段的最終產物,這類恆星在渡過主序星的氫融合階段後,改進行氦融合並膨脹成一顆紅巨星,若紅巨星沒有足夠質量維持更高溫度,碳和氧就會在核心堆積,最後噴發數層氣體變成行星狀星雲後,留下核心部份,這個殘骸就是白矮星。

我們所屬銀河系內有 97% 恆星都屬於中、低質量恆星,太陽也不例外,它最終會坍縮成和地球差不多大小的白矮星,但密度比地球高 20 萬倍。

而半個世紀前,一些理論學家們曾預測,隨著時間推移,白矮星會在衰老過程中凝固結晶,並且我們應該能觀察到因結晶而出現的特定光度與顏色,不過之前未曾看見這種現象;現在,英國華威大學團隊分析歐洲太空總署蓋亞衛星(Gaia)的數據,終於證實情況果真如此。

研究人員檢查了距離太陽 330 光年範圍內約 15,000 顆白矮星,發現無論恆星的大小和年齡為何,似乎都具有相同的光度與顏色,外觀相當統一。根據恆星演化模型,這與過去理論學家預測的白矮星潛熱大量釋放、核心持續冷卻並開始結晶、最終減緩恆星整體冷卻過程的階段吻合。

▲ 恆星演化至末期噴發的行星狀星雲。(Source:NASA)

而由於恆星整體冷卻過程減慢,可能導致白矮星的壽命比過去預期還要多出 20 億年,也就是說,銀河系內數十億顆白矮星都處於結晶過程,是夜空中一顆又一顆閃閃發光的「水晶球」。

研究主要作者、英國華威大學物理學家 Pier-Emmanuel Tremblay 表示,太陽可能也會在約 100 億年後,成為晶瑩剔透的水晶球。

天文學家常把白矮星當作宇宙時鐘,用來確定附近其他天體的年齡,但若根據華威大學這項新研究結論,則白矮星的年齡要比之前計算的還要年輕數十億歲;此外,目前全宇宙最年老的白矮星依然輻射出數千度 K 溫度,還沒有出現理論中完全死寂、不再發光發熱的「黑矮星」,科學家想一睹黑矮星的願景越來越遙不可及。

新論文發表在《自然》期刊。
Earth’s Sun Will Turn into a Pure Crystal Ball Before It Dies The Sun Will Turn Into a Giant Crystal Ball After It Dies New study suggests ancient stars form crystal cores
(首圖來源:華威大學)

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