恒星是怎么灭亡的，恒星变成黑洞要多长时间

作者/海诺法尔克，约尔格罗默译者/姚若杰

发生在天上的死亡事件：超新星爆炸

公元1054年，全世界的人都惊奇地仰望天空。有些人可能担心一场大灾难即将发生。中国北宋的天文学家准确地记录了这一天空中的惊人事件，记载了天空中有一颗“客星”，亮如金星(太白)。一位阿拉伯医生甚至认为这是一颗新星，并记录了下来。

左下方的亮点是一颗位于NGC 4526星系的“客星”，命名为SN 1994D。图片//欧洲NASA/ESA的维基百科，虽然没有确凿的目击记录，但人们可能会惊讶地看到“亮碟”占据了午后的天空。那么，到底是什么惊人的事件让全世界的人都记下了这一现象呢？

实际上，这是一颗超新星，一次巨大的恒星爆炸。它发生在我们的银河系，6000光年之外。在彭布罗长老曾经坐过的岩石雕刻中，显示了半圆形的月亮，用红色涂在黄色悬崖的表面。在半月的旁边，是一颗清晰可见的巨大恒星。光线——照在圆圈周围，就像小孩子可能会画的表情。它几乎和月亮一样大。公园解说员告诉我们，这就是当时美洲土著艺术家描绘的超新星。我们天文学家并不完全相信。专家们仍在争论这幅画是否描绘了1054年的超新星爆炸。但同时，我也认为他们不太可能没有注意到这样一个不寻常的事件。

00-1010你可以把星星想象成一个热气球。核心热量使其膨胀。一旦燃料耗尽，里面的气体冷却下来，压力下降，气球开始变平。明星以类似的方式面对自己的结局。一旦燃料燃尽，恒星就会坍缩。然而，恒星如何以及何时“死亡”取决于它的质量。较轻的恒星(大部分恒星都属于这一类)在漫长的生命后耗尽，最后闷烧出来。

我们的太阳有一个平均寿命。当它开始向内坍缩时，它仍能启动加力燃烧室。在恒星的中心，核聚变的灰烬(高温氦核)将会积累。在恒星内爆的内部高压下，温度再次升高，氦会融合成碳，释放出最后剩余的能量，于是“皮肤”开始膨胀。在生命的尽头，太阳将膨胀成为一颗红巨星，吞噬水星、金星，甚至可能吞噬地球。

当太阳变成红巨星时，它会夸张地膨胀。图为现在的太阳和未来的红巨星的大小对比。质量大于我们太阳的恒星将在最后一刻喷出气体和等离子体。行星状星云形成，死星从内部被照亮，呈现出奇妙的形状和颜色。这个奇观对于宇宙来说只是一眨眼的功夫；几千年后，这些行星状星云会褪色。行星状星云这个名字有点误导，因为它和行星没有任何关系，只是因为它在18世纪被发现的时候，从当时的望远镜上看起来像是一颗遥远的由气体构成的行星。

在中心，是核聚变的压缩灰烬，整颗恒星的重量都集中在这里。压力变得如此之大，以至于原子逐渐被挤压在一起，直到没有空间了。然后电子压力使得恒星无法继续坍缩。围绕恒星核心的原子核旋转的电子被称为费米子。费米子是物理学中的独行侠，它不会和其他任何一个费米子睡觉。当周围环境变得过于拥挤时，费米子会抵消重力的压力，从而防止燃尽的核心完全坍塌。

如果恒星的外层已经被剥离，剩下的就是一个小而紧密压缩的明亮的碳核，也就是白矮星，它的大小相当于地球，但重量相当于太阳。我们的太阳将在几十亿年后变成白矮星。一颗白矮星的成分仅用一茶匙就重达九吨，相当于一辆卡车。白矮星的表面非常热，它会在很长一段时间内持续向太空辐射热能。直到最后，死星终于变成了冰冷的、完美的球形碳晶体，变成了太空中的巨大钻石。

哈勃太空望远镜拍摄的天狼星A和天狼星B。天狼星B是一颗白矮星，位于非常明亮的天狼星a的左下方。图//维基百科这一过程涉及不同的量子力学效应，由印度物理学家苏布拉马尼扬钱德拉塞卡计算得出。1930年，19岁的Chandroseka航行到英国继续他在剑桥的物理研究，这是他在印度时开始的。他在航行中花费了大量的时间，于是他决定开始计算白矮星可能的最大质量，得到了太阳质量为1.44的结论。

然而，如果一颗恒星比我们的太阳大得多，重得多，当它的压力上升到无法承受的程度时，会发生什么？一颗重量超过我们太阳八倍的恒星会点燃更多的加力燃烧室来避免坍缩。这个巨大的太阳的核心就像一个洋葱，一层一层地燃烧着自己。越靠近核心，内层越热。当燃烧每一层的灰烬时，除了释放每一层储存的能量外，还会形成更大的原子核。氢变成氦，氦变成碳，碳和氦变成氧，氧变成硅，硅变成铁。每次燃烧过程都比前一次快。氦

要烧成碳需要一百万年，然而全部的硅融合成铁只需要几天时间。

然后，事情到此为止！从能量的角度而言，铁具有自然界中最为紧实的原子核。如果压力够大，铁还能融掉而形成更多新的元素，但这个过程不会再产生更多新能量，反而需要吸收能量。忽然间，增加压力以便从原子里挤出更多能量的单纯伎俩不再管用。就这样，原子不再升温，而是进入降温过程；压力不再提高，而是降低。这颗垂垂老矣的星星终于丧失最后的勉强支撑，堕入死亡。几分钟之内核心内爆——这颗步入死亡的星星再也无法承受自己的重力。

——本文摘自《解密黑洞与人类未来》/ 海诺．法尔克、约格．罗默，2022 年 1 月，天下文化。

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