白天,地球上的壹切都得到太陽的滋養;夜晚,天空不是漆黑壹片,而是繁星點點。在宇宙中,無論我們朝哪個方向看,最終都會看到壹絲曙光。但宇宙中的恒星終將熄滅,只剩下不發出任何可見光的黑矮星(宇宙目前不存在)。雖然黑暗最終會占上風,但至少需要幾萬億年。
但問題又來了:我們知道宇宙中還有壹個嗎?失敗的明星?褐矮星,它們也有雙星系統,比如距離我們6光年左右的Luhman 16,就是雙褐矮星系統。如果未來雙褐矮星的軌道衰變合並,會形成紅矮星嗎?如果是這樣的話,未來宇宙中還是會有恒星的。
在未來,我們將會看到越來越少的恒星和星系。
今天,我們用現有最好的設備來觀察宇宙,很容易得出結論,在宇宙中?重要嗎?似乎是無限的。因為我們看得越久越遠,看到的星系就越多!
無論我們從天空的哪個角度看:
在銀河系的中心,在星雲或星團的中心,在我們的銀河系之外,甚至在壹個看起來完全空無壹物的空白區域,我們都會發現大量的發光物體。當然,這些發光物體要麽是壹顆恒星,要麽是壹群恒星,要麽是壹個星系或星系團。
然而,雖然我們的星系中有大約4000億顆恒星,哈勃體積中至少有2000億個星系(這是壹個下限),但未來我們看到的星光會越來越少,而不是越來越多。
為什麽會這樣?原因有兩個,壹個是影響最遠的光源,壹個是影響最近的光源。
宇宙被暗能量所主宰。我們通過三種獨立且不相關的測量方法(宇宙微波背景線、遙遠的Ia型超新星和重子聲振蕩)確定了物質不是我們宇宙中能量的主要形式。相反,構成我們的普通物質和暗物質,目前只占總能量的三分之壹,另外三分之二是壹種新的能量形式,也就是空間本身固有的暗能量。
大約60億年前,當暗能量主導宇宙膨脹時,遠離我們的星系開始以比以前更快的速度遠離我們。隨著時間的推移,這些星系離我們越來越遠,它們今天發出的光在未來任何時候都不會到達我們這裏,因為空間在暗能量的作用下呈指數級膨脹。
就目前的情況來看,大約6543.8+000億年到6543.8+050億年後,我們的星系群(仙女座、銀河系、三角、麥哲倫雲以及大約40到50個其他矮星系)將在很長壹段時間內合並成壹個巨大的橢圓星系。因為暗能量的存在,其他所有的外星系都會加速遠離我們,這樣我們就再也看不到任何外星系了。但是在我們的新家,銀河仙女巨型橢圓星系?(Milkdromeda)我們還有很多明星。
但這些恒星只會存在有限的時間,因為?
宇宙正在慢慢消耗恒星的燃料。現在宇宙中的恒星形成率比以往任何時候都低:只有幾十億年前峰值的3%。當銀河系和仙女座星系合並時,會出現恒星形成的爆發(稱為星爆星系),但之後恒星形成的速度會急劇下降。
大多數較大的恒星將成為超新星,而較小的、類似太陽的恒星將吹走行星狀星雲中的外層,同時其核心將收縮形成白矮星。隨著時間的推移,這些超新星和行星狀星雲將釋放出大量未燃燒的燃料(氫和氦),因此新的恒星將能夠在數萬億年內繼續形成。然而,恒星形成的速度應該會繼續下降,因此從現在起數萬億年後,從氣體雲形成恒星甚至是壹個極其罕見的事件。
宇宙中還有很多?失敗的明星?
我們需要考慮的壹點是,質量最小的恒星壽命最長。真正的明星和?失敗的明星?(或褐矮星)之間的分界線在於其核心能否將氫聚變為氦,這需要核心溫度至少在400萬攝氏度左右。它的質量大約需要太陽質量的7.5- 8%,這代表了褐矮星和紅矮星的分割線。最低質量的紅矮星消耗自身燃料大約需要20萬億年,壽命比其他任何恒星都長。就連現在的宇宙年齡也只能與之相比。
此外,紅矮星的命運最簡單:紅矮星不是死於災難性的超新星,也不是在行星狀星雲中把它們的外層吹走,而是可以把它們100%的氫轉化成氦,最終收縮形成氦白矮星。
宇宙中最多樣化的恒星是M級恒星,或紅矮星,大約每四顆恒星中就有三顆屬於這壹類別。考慮到這壹點,以及所有類似太陽的恒星都將變成紅巨星,脫離外層,變成碳氧白矮星,我們可能會認為,大約100萬億(10 14)年後,只有白矮星散落在太空中。
這些白矮星會保持大約1-10萬億年(10 15或10 16)嗎?白色?,直到冷卻到(通過開爾文-亥姆霍茲機制)不再發出任何波段的光,成為黑矮星。這時,我們可能會想,這大概是我們最後壹次能看到宇宙中的任何光了。剩下的只有黑暗。
但近年來,通過WISE的紅外調查,我們發現除了我們已知的所有恒星類型之外,在氣體巨行星和質量最低的恒星之間,還有大量的恒星?失敗的明星?。如果我們觀察離地球最近的恒星系統,會發現壹個褐矮星雙星系統!就像兩顆紅色的低質量恒星可以合並成壹顆更藍更高質量的恒星壹樣,兩顆低於燃燒氫的質量閾值的棕矮星也可以合並成壹顆真正的恒星!
兩顆褐矮星組成了Luhman 16。
所以最大的問題是,他們什麽時候會合並,還有哪些因素可能改變他們的命運?
由於引力輻射驅動軌道衰變,盧赫曼16的褐矮星大約需要10 60到10 150年才能螺旋進入彼此並合並。據估計,這兩個天體的質量約為太陽質量的4%,因此當它們合並時,將形成壹顆真正的恒星。
但是還有另外兩件事可能會改變這個特殊系統的命運。
如果兩顆恒星完全孤立,它們只會螺旋靠近彼此並合並。但恒星大部分時間都在由壹萬億(或更多)恒星和恒星屍體組成的星系中度過。有時候,壹顆恒星會非常頻繁地從這些褐矮星中的壹顆(或兩顆)旁邊經過,每經過壹次,就有機會與其中壹顆結合得更緊密,把另壹顆褐矮星踢出系統!導致恒星逃逸,也就是快速逃逸恒星。
當然,這種情況非常罕見,但只要有足夠的時間,即使是不可能的事情也會發生。這類事件的平均時間尺度約為10 18年。
天體可以碰撞產生壯觀的結果!根據碰撞的不同,可能會發生以下幾種情況:如果兩顆中子星碰撞,會產生黑洞和伽瑪射線暴。如果兩顆重(碳氧)白矮星相撞,將會產生Ia型超新星。如果兩顆輕(氦)白矮星相撞,將點燃氦聚變,產生壹顆紅巨星。如果兩顆褐矮星相撞,要麽產生壹顆質量更大的褐矮星,要麽產生壹顆新的M級紅矮星。此類事件的平均事件規模為10 21年。
因此,除非兩顆褐矮星的軌道非常接近(在尺度上小於水星到太陽的軌道)以避免另壹顆的逃逸,否則即使在遙遠的未來,兩顆褐矮星也不會合並。
但只要棕矮星不被驅逐,就有可能與其他天體發生碰撞。考慮到時間尺度為10 21年的宇宙中會出現氦白矮星和大量褐矮星的碰撞和合並,因此有理由假設,即使在最後壹顆恒星燃盡之後,我們也會在遙遠的未來看到偶爾出現的、罕見的新恒星。