恒星的终结

　　上图为由哈勃太空望远镜和钱德拉塞卡X射线望远镜观测合成的猫眼星云图像。该星云由一颗与太阳质量相仿的恒星在寿命末期演化而成。

　　太阳每天东升西落，稳定地释放着光和热。测量表明，虽然太阳活动有着11年的周期，但其向外释放的总能量在上百年的尺度中，涨落变化不会超过0.1%。然而，如果人们能像科幻小说中讲述的那样，拥有一台进行时光旅行的机器，穿越到45亿年前刚刚形成的地球之上，就会惊奇地发现一个现象：此时的太阳，看起来比当今的太阳要暗弱一些。

　　当太阳进入主序恒星阶段后，就进入了它的“成年期”。太阳中心的热核聚变反应为其释放光和热提供了源源不断的能量。热核聚变反应加热恒星中心所产生的扩张作用，与恒星因引力而产生的收缩作用相互平衡，能量释放过程得以平稳进行下去。

　　如果将太阳视为一个大炉子，太阳不断消耗“燃料”——氢元素，通过核反应生成“炉灰”——氦元素。堆积在恒星中心的氦元素比氢元素更为致密，就会产生更强引力，恒星内部核反应速率也就随着氦元素增加而增加。理论计算表明，目前太阳的核反应速率比45亿年前已提高了30%，因而太阳在当今比45亿年前闪耀着更强烈的光芒。随着这个过程的继续，未来太阳辐射将进一步增强。在数十亿年后，太阳的光度将变成现在的两倍多，地球表面的温度将在300℃以上，地球或将变得不再适合人类生存。

　　在太阳核心中的氢燃烧殆尽时，太阳核心中的核反应也就暂时趋向于中止。由于没有核反应的对抗引力，恒星中心附近的物质开始向核心挤压，不断增高核心温度。距离核心较远的一些残存的氢，在核心释放高温作用下被点燃，驱动太阳外层不断向外膨胀，相继吞并水星与金星的轨道，地球的轨道也可能被吞并。此时的太阳，已退出主序恒星队伍，变成一颗红巨星，进入自己的“晚年”。它的表面温度有所下降，但由于体积膨胀，其光度将增加成百上千倍。

　　在进入红巨星阶段后，不断增高的温度使得内核中积累的氦元素又被“点燃”，发生另一种方式的核反应：内核中的氦元素聚变成碳元素，同时也释放出巨大能量。相比于最少都是以百万年为时间单位所衡量的恒星演化过程，氦被“点燃”的时间短得让人惊叹。数分钟内，相当于太阳质量40%的氦被剧烈“燃烧”成碳，释放的能量大致相当于太阳在当前状态下持续数百万年所释放的能量。这种现象被科学家称之为“氦闪”。之后，太阳在继续“燃烧”氦的同时，自身已无法回到平衡状态，膨胀与收缩交替进行，成为一颗脉动变星。同时，外部残存的氢元素所进行的核反应，推动着外部物质与恒星内核分离。

　　当内核中氦再次燃尽时，太阳的生命也就走到了尽头。太阳核心物质将塌缩成一颗白矮星。白矮星的密度极高，1立方厘米的白矮星，质量就足有1吨了。而外层物质向外扩张，形成行星状星云，为孕育新的恒星提供了物质原料。

　　在恒星“大家庭”中，太阳质量处于中等偏下位置。与太阳质量相差不多的恒星，它们走向生命终结的过程与太阳基本相似。如果恒星质量高于太阳的10倍，进入红巨星阶段后，其稳定膨胀过程的持续时间将更长，会形成体积更大的红超巨星。而这些大质量恒星在寿命末期，也会经历一次超新星的猛烈爆发，外部物质扩散为星云，核心物质则成为更为致密的中子星，甚至最终发展为黑洞。