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太陽(yáng)會(huì)變成一個(gè)黑洞嗎

張?zhí)烊?

太陽(yáng)最后會(huì)變成一個(gè)黑洞嗎？答案是：不會(huì)。因?yàn)樘?yáng)的質(zhì)量比較小，不會(huì)演化為黑洞。太陽(yáng)將在幾十億年后，經(jīng)過(guò)“體積巨大、光芒四射”的紅巨星階段，最后形成一個(gè)致密的白矮星。白矮星密度極高，一個(gè)質(zhì)量和太陽(yáng)差不多的白矮星，大小卻只有地球那么大，即太陽(yáng)直徑的百分之一。

太陽(yáng)；黑洞；白矮星

黑洞按其質(zhì)量大小可分為三類：超重黑洞、恒星黑洞、微型黑洞。

超重黑洞的質(zhì)量巨大，可以是太陽(yáng)質(zhì)量的幾百萬(wàn)到幾百億倍。天文觀測(cè)資料證明，許多星系的中心，都是一個(gè)巨大的超重黑洞。比如說(shuō)，我們所在的銀河系的中心，被稱為人馬座A*的位置，就可能是一個(gè)質(zhì)量大約等于400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的超重黑洞。微型黑洞則恰恰相反，質(zhì)量很小，小到可以和微觀世界的基本粒子相比較，必須用量子理論來(lái)研究它的規(guī)律，因而也被稱為量子黑洞或迷你黑洞。恒星黑洞則顧名思義，其質(zhì)量大小與恒星的質(zhì)量大小相當(dāng)。

超重黑洞和恒星黑洞在宇宙中存在，已經(jīng)被天文觀測(cè)所證實(shí)。量子黑洞誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)，還只能算是一種理論假設(shè)?？茖W(xué)家們認(rèn)為它們有可能產(chǎn)生于宇宙大爆炸的初期，或者是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的粒子反應(yīng)中，但至今尚未被觀測(cè)到，還需等待實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。

恒星黑洞不僅僅質(zhì)量與恒星相當(dāng)，實(shí)際上就是恒星經(jīng)過(guò)“引力塌縮”演化的最終結(jié)局。太陽(yáng)也是恒星，那么，太陽(yáng)最后會(huì)變成一個(gè)黑洞嗎？答案是：不會(huì)。為什么呢？我們得從恒星的演化過(guò)程慢慢談起。

恒星的生命周期

星星也和人一樣，有“生老病死”。不過(guò)，星星的壽命要比人類個(gè)體的壽命長(zhǎng)得多，經(jīng)常都需要以“億年”為單位來(lái)計(jì)算！人生易老天難老啊。天體物理學(xué)家們最感興趣的是恒星的演化。因?yàn)閺奶煳挠^測(cè)的角度看，只有恒星才會(huì)主動(dòng)發(fā)光，而行星只是被動(dòng)地反射或折射恒星發(fā)出的光線而已。恒星的質(zhì)量較大，強(qiáng)大的萬(wàn)有引力使它們“心中燃著一把火”，也使得它們的生命過(guò)程轟轟烈烈、多姿多彩、急遽變化。根據(jù)恒星質(zhì)量大小的不同，它們的演化周期(壽命)也大不相同。

一般而言，恒星的生命周期和演變過(guò)程取決于它的質(zhì)量。大多數(shù)恒星的壽命在10億～100億歲之間。初略一想，你可能會(huì)認(rèn)為質(zhì)量越大的恒星就可以燃燒更久，便意味著壽命更長(zhǎng)。事實(shí)卻是相反：質(zhì)量越大壽命反而越短，質(zhì)量小的(矮子)命反而更長(zhǎng)。比如說(shuō)，一個(gè)質(zhì)量等于太陽(yáng)60倍的恒星，壽命只有300萬(wàn)年，而質(zhì)量是太陽(yáng)一半的恒星，預(yù)期的壽命可達(dá)幾百億年，比現(xiàn)在宇宙的壽命還長(zhǎng)。

在恒星的演化過(guò)程中，“引力”起著重要的作用。引力總是表現(xiàn)為吸引力，但是，在任何一個(gè)系統(tǒng)中，如果沒(méi)有別的足夠大的斥力來(lái)平衡這種吸引力的話，所有的物質(zhì)便會(huì)因?yàn)槲絹?lái)越靠近，靠得越近吸引力又越大，促使它們更靠近，并且，這種過(guò)程進(jìn)行得快速而猛烈，被稱為“引力塌縮”。我們通常所見(jiàn)的物體并不發(fā)生引力塌縮，具有穩(wěn)定的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，那是因?yàn)樵又械碾姶帕υ谄鹬胶獾淖饔谩?/p>

想象宇宙中由氣體塵埃構(gòu)成的分子星云，在一定的條件下就會(huì)產(chǎn)生引力坍縮，物質(zhì)越來(lái)越緊密地聚集在一起，隨之凝聚成一團(tuán)被稱為原恒星的高熱旋轉(zhuǎn)氣體。這一過(guò)程也經(jīng)常被稱作引力凝聚。星云凝聚成了原恒星之后，再演化到恒星的發(fā)展過(guò)程，取決于原恒星的初始質(zhì)量。因?yàn)樘?yáng)是科學(xué)家們最熟悉的恒星，所以在討論恒星的質(zhì)量時(shí)，一般習(xí)慣將太陽(yáng)的質(zhì)量(M⊙)看成是1，也就是說(shuō)，用太陽(yáng)的質(zhì)量(M⊙=1.989×1030kg)作為質(zhì)量單位，來(lái)量度天體的質(zhì)量。

質(zhì)量太小，即小于0.08倍太陽(yáng)質(zhì)量的原恒星，核心溫度累計(jì)不到足夠高來(lái)啟動(dòng)氫核聚變，最終就成不了恒星。如果它們的核心處還能進(jìn)行氘核聚變的話，便可形成棕矮星(或稱褐矮星，看起來(lái)的顏色在紅棕之間)。如果連棕矮星的資格也夠不上，便只有被淘汰的命運(yùn)，無(wú)法自立門(mén)戶，最終只能繞著別的恒星轉(zhuǎn)，變成一顆行星。

如果原恒星的質(zhì)量大于1/10太陽(yáng)質(zhì)量，星體自身引力引起的塌縮將使得核心的溫度最終超過(guò)1 000萬(wàn)度，由此而能夠啟動(dòng)質(zhì)子鏈的聚變反應(yīng)：氫融合成氘，然后再合成氦。這個(gè)過(guò)程中，大量能量被產(chǎn)生出來(lái)，從核心向外輻射。輻射壓力是一種向外的排斥力，逐漸增大并能與星體中物質(zhì)間的引力達(dá)成平衡，使得恒星不再繼續(xù)塌縮，進(jìn)入穩(wěn)定的“主序星”狀態(tài)，如圖1所示。我們的太陽(yáng)現(xiàn)在便是處于這個(gè)階段。

原恒星即使“修成正果”，變成了主序星階段的恒星，也會(huì)因其不同的質(zhì)量而經(jīng)歷不同的演化路徑，如圖1所示。就我們的太陽(yáng)而言，其生命周期中的“大事記”可參考圖1下方的時(shí)間表。

太陽(yáng)的歸宿

圖1中可見(jiàn)，太陽(yáng)是在大約45.7億年前誕生的，太陽(yáng)的主序星階段很長(zhǎng)，有100億年左右，到目前為止，太陽(yáng)的生命剛走了一半，“正值中年”。

圖1 不同質(zhì)量恒星的演化路徑及太陽(yáng)的生命周期

恒星的主序星階段，就是它們內(nèi)部的熱核反應(yīng)而穩(wěn)定發(fā)光的階段。太陽(yáng)核心球的半徑大約只有整個(gè)半徑的1/5到1/4。太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)，產(chǎn)生攜帶著大量能量的伽馬射線，也就是一種頻率比可見(jiàn)光更高的光子，同時(shí)也產(chǎn)生另外一種叫做中微子的基本粒子[1]。光子和中微子在太陽(yáng)內(nèi)部的核反應(yīng)中被同時(shí)產(chǎn)生出來(lái)，但它們的旅途經(jīng)歷完全不一樣。光子是個(gè)“外交家”，與諸多基本粒子都能“交往”，它們一出太陽(yáng)核心，旅行不到幾個(gè)微米便會(huì)被核心外的其他粒子吸收，或者是被轉(zhuǎn)化成能量更低的光子向四面八方散射。因此，光子的軌跡曲曲彎彎、反反復(fù)復(fù)、曲折迂回，平均來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)核心的一個(gè)輻射光子，要經(jīng)過(guò)上萬(wàn)年到十幾萬(wàn)年的時(shí)間，才能到達(dá)太陽(yáng)的表面，繼而再飛向宇宙空間，照耀太陽(yáng)系大家庭，促成地球上的“萬(wàn)物生長(zhǎng)”。當(dāng)光子來(lái)到太陽(yáng)表面時(shí)，已經(jīng)不再是能量雖高卻看不見(jiàn)的伽馬射線，而是變成了我們看得見(jiàn)的“可見(jiàn)光”，太陽(yáng)表面的溫度也已大大降低到大約只有6 000 K。中微子的行程則大不相同，是直接往外沖，它們不怎么和其他的物質(zhì)相互作用，因而，它在被核聚變產(chǎn)生出來(lái)之后，兩秒鐘左右便旅行到了太陽(yáng)表面，從太陽(yáng)表面逃逸到太空中去了。所以，非常有趣，假設(shè)我們?cè)诘厍蛏贤瑫r(shí)接收到從太陽(yáng)輻射來(lái)的光子和中微子時(shí)，它們的年齡可是相差太大了：中微子是個(gè)太陽(yáng)核心幾分鐘之前的“新生兒”，產(chǎn)生后直達(dá)地球，同時(shí)來(lái)到地球的光子卻已經(jīng)是多少萬(wàn)年之前的“老頭”產(chǎn)物了。

主序星的階段雖然長(zhǎng)，但恒星內(nèi)部的氫，即熱核反應(yīng)的燃料是有限的，終有被消耗殆盡的那一天。對(duì)太陽(yáng)而言，從現(xiàn)在開(kāi)始，溫度將會(huì)慢慢升高，當(dāng)它100億歲左右時(shí)，核心中的氫被燒完了，但是內(nèi)部的溫度仍然很高，核心中的氦又累積到了一定的比例，在核心處便會(huì)進(jìn)行激烈的氦燃燒，導(dǎo)致失控的核反應(yīng)(氦融合)，像氫彈爆炸一樣，轟隆一聲巨響，短時(shí)間內(nèi)釋放出大量能量。那時(shí)的太陽(yáng)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)突然膨脹的階段。將變成一個(gè)大紅胖子(紅巨星)！這段紅胖子時(shí)間雖然也有好幾億年，在天文學(xué)家們的眼中卻不算一回事，將這一過(guò)程叫做“氦閃”，這一閃就是一百萬(wàn)年！結(jié)果閃出了一個(gè)大紅胖子，胖子內(nèi)部的氦還在繼續(xù)燃燒，核心溫度達(dá)到1億度。待很大比例的核心物質(zhì)轉(zhuǎn)換成碳之后，內(nèi)部溫度開(kāi)始逐漸下降，隨著外層的星云物質(zhì)逐漸被削去，引力使得星體向核心塌縮，體積逐漸縮小。最后，一個(gè)白矮子從紅胖子中脫穎而出，這便是太陽(yáng)老時(shí)的模樣：白矮星！太陽(yáng)目前的體積等于100萬(wàn)個(gè)地球，但它成為白矮星后，體積將縮小到地球一般大小。因此，白矮星的密度極高，從其中挖一塊小方糖大小(1 cm3)的物質(zhì)，重量可達(dá)到一噸！

白矮星的光譜屬于“白”型，白而不亮，因?yàn)檫@時(shí)候聚變反應(yīng)已經(jīng)停止，只是靠過(guò)去積累的能量發(fā)出一點(diǎn)余熱而已。老恒星也明白“細(xì)水長(zhǎng)流”之道理，它們發(fā)出的光線黯淡不起眼，將剩余的能量慢慢流淌，直到無(wú)光可發(fā)，變成一顆看不見(jiàn)的，如同一大塊金剛石(鉆石)形態(tài)的“黑矮星”為止！目前在宇宙中觀察到的白矮星數(shù)目已經(jīng)可以說(shuō)是多到“不計(jì)其數(shù)”，據(jù)估計(jì)銀河系就約有100億顆。但是，黑矮星卻從未被觀測(cè)到，科學(xué)家們認(rèn)為其原因是因?yàn)閺陌装亲兊胶诎切枰獛装賰|年，已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)在估計(jì)的宇宙年齡。

因此，太陽(yáng)最后的結(jié)局是白矮星，或者再演化到黑矮星。從圖1可見(jiàn)，主序星階段之后，恒星的演化過(guò)程因?yàn)橘|(zhì)量的不同而產(chǎn)生了分岔。質(zhì)量大于8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，紅巨星(或紅超巨星)之后，還將會(huì)經(jīng)歷一個(gè)超新星爆發(fā)的階段，最后變成中子星或黑洞；而質(zhì)量小于8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，其歸宿便和太陽(yáng)一樣，成不了黑洞，最后成為白矮星。

錢(qián)德拉塞卡極限

綜上所述，太陽(yáng)成不了黑洞，是因?yàn)橘|(zhì)量不夠大，需要質(zhì)量超過(guò)某個(gè)極限值的恒星，才有可能成為黑洞。這個(gè)極限值——“8倍太陽(yáng)質(zhì)量”——與“錢(qián)德拉塞卡極限”有關(guān)。

在恒星演化中起著重要作用的是所謂“引力塌縮”。一個(gè)星體能夠在一段時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定地存在，一定是有某種“力”來(lái)抗衡引力。像太陽(yáng)這種發(fā)光階段的恒星，是因?yàn)楹司圩兎磻?yīng)產(chǎn)生的向外的輻射壓強(qiáng)抗衡了引力。但到了白矮星階段，核聚變反應(yīng)停止了，輻射大大減弱，那又是什么力量來(lái)平衡引力呢？

20世紀(jì)初發(fā)展的量子力學(xué)對(duì)此給出了一個(gè)合理的解釋。根據(jù)量子力學(xué)，基本粒子可以被分為玻色子和費(fèi)米子兩大類，電子是費(fèi)米子，光子是玻色子。電子遵循泡利不相容原理而玻色子不遵守[2]。這個(gè)原理的意思是說(shuō)，不可能有兩個(gè)費(fèi)米子處于完全相同的微觀量子態(tài)。打個(gè)比方說(shuō)，許多光子可以以同樣的狀態(tài)同住在“一個(gè)房間”，但電子堅(jiān)持它們只能“獨(dú)居”的個(gè)性，見(jiàn)圖2(a)。當(dāng)大量電子在一起的時(shí)候，這種獨(dú)居個(gè)性類似于它們?cè)诮y(tǒng)計(jì)意義上互相排斥，因而，便產(chǎn)生一種能抗衡引力的“費(fèi)米子簡(jiǎn)并壓”，見(jiàn)圖2(b)。

可用一個(gè)通俗的比喻來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明“電子簡(jiǎn)并壓”的來(lái)源：一群要求獨(dú)居的人入住到一家不太大的旅店中，每個(gè)人都需要一個(gè)單獨(dú)的房間，如果旅館的房間數(shù)少于入住的人數(shù)，一定會(huì)給旅店管理人造成巨大的“壓力”吧。

白矮星的主要成分是碳。白矮星的中心溫度高達(dá)107K，如此高溫下，原子只能以電離形態(tài)存在。也就是說(shuō)，白矮星可以看成是緊緊聚集在一起的碳離子以及游離在外的電子構(gòu)成，就像是一堆密集的原子核，浸泡在電子“氣”中。原子核提供了白矮星的大質(zhì)量和高密度，游離電子氣則因?yàn)樽裱堇幌嗳菰矶a(chǎn)生了抗衡引力塌縮的“費(fèi)米子簡(jiǎn)并壓”，如圖2(b)所示。

圖2 矮星中的電子簡(jiǎn)并壓來(lái)源

錢(qián)德拉塞卡(Chandrasekhar，1910－1995年)是一位印度裔物理學(xué)家和天體物理學(xué)家。他出生于印度，大學(xué)時(shí)代就迷上了天文學(xué)和白矮星。1930年，錢(qián)德拉塞卡大學(xué)畢業(yè)，從印度前往英國(guó)準(zhǔn)備跟隨當(dāng)時(shí)極富盛名的亞瑟·愛(ài)丁頓(Sir Arthur Eddington，1882－1944年)做研究。他在旅途中根據(jù)量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律計(jì)算與白矮星質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題，得到一個(gè)非常重要的結(jié)論：白矮星的穩(wěn)定性有一個(gè)質(zhì)量極限，大約是1.4倍太陽(yáng)質(zhì)量。當(dāng)恒星的質(zhì)量大于這個(gè)極限值時(shí)，電子簡(jiǎn)并壓力便不能阻擋引力塌縮。那時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？錢(qián)德拉塞卡暫時(shí)不知道結(jié)論，但恒星應(yīng)該會(huì)繼續(xù)塌縮下去。這個(gè)概念與理論相沖突，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大家認(rèn)為，白矮星是穩(wěn)定的，是所有恒星的歸屬。

到了英國(guó)之后，錢(qián)德拉塞卡重新審核并仔細(xì)計(jì)算了這個(gè)問(wèn)題后將結(jié)果報(bào)告給艾丁頓，卻沒(méi)有得到后者的支持。據(jù)說(shuō)艾丁頓咨詢過(guò)愛(ài)因斯坦，當(dāng)年的愛(ài)因斯坦不相信有什么“引力塌縮”。因此，艾丁頓在聽(tīng)了錢(qián)德拉塞卡的講座后當(dāng)場(chǎng)上臺(tái)撕毀了講稿，并說(shuō)他是基礎(chǔ)錯(cuò)誤，一派胡言。恒星怎么可能一直塌縮呢？一定會(huì)有某種自然規(guī)律阻止恒星這種荒謬的行動(dòng)！錢(qián)德拉塞卡由此受到極大的打擊，從此走上了一條孤獨(dú)的科研之路。他的論文最終在美國(guó)的一份雜志發(fā)表。多年之后，他的觀點(diǎn)被學(xué)術(shù)界承認(rèn)，這個(gè)白矮星的質(zhì)量上限后來(lái)以他命名，被稱為錢(qián)德拉塞卡極限。當(dāng)他73歲的時(shí)候，終于因他在20歲時(shí)旅途上的計(jì)算結(jié)果而獲得了1983年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

其實(shí)，錢(qián)德拉塞卡的計(jì)算并不難理解，圖3可以直觀地說(shuō)明。

圖3中畫(huà)出了電子簡(jiǎn)并能及引力勢(shì)能隨著恒星半徑r而變化的曲線。圖3(a)、3(b)、3(c)分別表示恒星的質(zhì)量小于、等于、大于1.44太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)的三種情況。電子簡(jiǎn)并能曲線不受恒星質(zhì)量的影響，在三種情形是相同的；引力勢(shì)能則不同，與恒星質(zhì)量大小密切相關(guān)。引力勢(shì)能為負(fù)值表明是互相吸引，電子簡(jiǎn)并能的正值表示電子之間統(tǒng)計(jì)意義上的“排斥”。三個(gè)圖中均以紅色曲線描述總能量，是由電子簡(jiǎn)并能和引力勢(shì)能相加而得到的。從圖3(a)中可見(jiàn)，恒星的質(zhì)量小于錢(qián)德拉塞卡極限時(shí)，總能量在R處有一個(gè)最小值，能量越小的狀態(tài)越穩(wěn)定，說(shuō)明這時(shí)候恒星是一個(gè)半徑為R的穩(wěn)定的白矮星。當(dāng)恒星的質(zhì)量等于或大于錢(qián)德拉塞卡極限時(shí)，半徑比較小的時(shí)候總能量曲線一直往下斜(從右向左看)，沒(méi)有極小值，因?yàn)橄到y(tǒng)總是要取總能量最小的狀態(tài)，就將使得恒星的半徑越變?cè)叫《詈筅吔诹?，也就是說(shuō)，產(chǎn)生了引力塌縮。這三種情形可以類比于圖右下方所畫(huà)的小球在地面重力勢(shì)能曲線上滾動(dòng)的情況。只有在第一種情況下，小球才能平衡并達(dá)到靜止。

以上分析所確定的錢(qián)德拉塞卡極限等于1.44倍太陽(yáng)質(zhì)量，但在圖1中我們所說(shuō)的分界線是8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，這是怎么一回事呢？后者是主序星階段的質(zhì)量界限，而錢(qián)德拉塞卡極限指的是白矮星的穩(wěn)定質(zhì)量值。從主序星到白矮星，經(jīng)過(guò)了紅超巨星及超新星爆發(fā)等過(guò)程。在這種急劇爆發(fā)的階段，突然放出大量的輻射能量，同時(shí)也將一切能拋出的物質(zhì)全部甩掉，只剩下了星體的核心部分。這就是“8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量”變成了“1.44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量”的原因。

圖3 使白矮星穩(wěn)定的錢(qián)德拉塞卡極限

中子星和黑洞

難怪艾丁頓對(duì)錢(qián)德拉塞卡的“繼續(xù)塌縮”會(huì)惴惴不安，他無(wú)法理解密度已經(jīng)如此之大的白矮星塌縮的結(jié)果會(huì)是什么？塌縮到哪里去呢？星體半徑怎么可能趨于0？物理上太不可思議了！當(dāng)時(shí)中子還剛剛被發(fā)現(xiàn)，艾丁頓不見(jiàn)得知道。據(jù)說(shuō)發(fā)現(xiàn)中子的消息傳到哥本哈根，量子力學(xué)創(chuàng)始人波爾(1885－1962年)召集大家討論，蘇聯(lián)著名物理學(xué)家朗道(1908－1968年)正好在那里訪問(wèn)，聽(tīng)到這個(gè)消息后立即發(fā)言，預(yù)言了中子星存在的可能性。朗道認(rèn)為如果恒星質(zhì)量超過(guò)錢(qián)德拉塞卡極限，也不會(huì)一直塌縮下去，因?yàn)殡娮訒?huì)被壓進(jìn)氦原子核中，質(zhì)子和電子將會(huì)因引力的作用結(jié)合在一起成為中子。中子和電子一樣，也是遵循泡利不相容原理的費(fèi)米子。因此，這些中子在一起產(chǎn)生的“中子簡(jiǎn)并壓”力，可以抗衡引力使得恒星成為密度比白矮星大得多的穩(wěn)定的中子星。

中子星的密度大到我們難以想象：每立方厘米一億噸到十億噸！

恒星塌縮的故事還沒(méi)完！后來(lái)在二戰(zhàn)中成為與原子彈有關(guān)的“曼哈頓計(jì)劃”領(lǐng)導(dǎo)人的奧本海默，當(dāng)時(shí)也是一個(gè)雄心勃勃的年輕科學(xué)家。他想：白矮星質(zhì)量有一個(gè)錢(qián)德拉塞卡極限，中子星的質(zhì)量也應(yīng)該有極限啊。一計(jì)算，果然算出了一個(gè)奧本海默極限。不過(guò)當(dāng)時(shí)奧本海默計(jì)算結(jié)果不太正確，之后，奧本海默極限被人們矯正為2～3倍太陽(yáng)質(zhì)量。

超過(guò)這個(gè)極限的恒星應(yīng)該繼續(xù)塌縮，結(jié)果是什么呢？基本粒子理論中已經(jīng)沒(méi)有更多的東西來(lái)解釋它，也許還可以說(shuō)它是顆“夸克星”？但大多數(shù)人認(rèn)為它就應(yīng)該是廣義相對(duì)論所預(yù)言的黑洞了。那么，史瓦西在1916年從理論上算出來(lái)的黑洞，看起來(lái)就是(核心)質(zhì)量大于3倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星的最后歸宿，它很有可能在宇宙空間中存在！這個(gè)結(jié)論令人振奮。

中子星雖然密度極大，大到難以想象的程度，但它畢竟仍然是一個(gè)由我們了解甚多的 “中子”組成的。中子是科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里能夠檢測(cè)得到的東西，是一種大家熟知的基本粒子，在普通物質(zhì)的原子核中就存在。黑洞是什么呢？就實(shí)在是難以捉摸了。也可以說(shuō)，恒星最后塌縮成了黑洞，才談得上是一個(gè)真正奇妙的“引力塌縮”。

恒星的生命周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)十甚至上百億年，比我們個(gè)人的壽命不知道大了多少倍。恒星的進(jìn)化過(guò)程緩慢，我們看到的太陽(yáng)天天如此，年年如此，世世代代也都似乎如此。如果僅僅從太陽(yáng)這一個(gè)恒星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，如何驗(yàn)證我們對(duì)太陽(yáng)生命周期(大約140億年)的描述呢？任何人的一生中，都無(wú)法觀察到太陽(yáng)過(guò)去的誕生過(guò)程，也無(wú)法看到它變成紅巨星以致白矮星時(shí)候的模樣，我們所能看到的，只不過(guò)是太陽(yáng)生命過(guò)程中一段極其微小的窗口。

然而，宇宙中除了太陽(yáng)之外，還有許多各種各樣的恒星，有的與太陽(yáng)十分相似，有的則迥然不同。它們分別處于生命的不同時(shí)期，有剛剛誕生的“嬰兒”，有和太陽(yáng)類似的青年、中年或壯年恒星，也有短暫但發(fā)出強(qiáng)光的紅巨星和超新星，還有走到了生命盡頭的“老耄之年”：白矮星、中子星、黑洞。觀測(cè)研究這些形形色色的處于不同生命階段的恒星，便能給予我們豐富的實(shí)驗(yàn)資料，不但能歸納得到太陽(yáng)的演化過(guò)程，還可用以研究其他星體的演化、星系的演化，以致于宇宙的演化。

比如，地球夜空中最亮的天狼星，人類遠(yuǎn)在公元前對(duì)它就有所記載。中國(guó)人給它起名“天狼”，西方文化中，它被稱為“犬星”。稱呼相似，但人們對(duì)其寄托的想象和征兆迥然不同。我們的祖先認(rèn)為這顆星帶著一股“殺氣”，象征侵略?！扒嘣埔沦獍啄奚眩e長(zhǎng)矢兮射天狼?！笔乔毒鸥琛分械木渥?；蘇軾的詩(shī)中也用“會(huì)挽雕弓如滿月，西北望，射天狼” 來(lái)表白自己欲報(bào)國(guó)立功的信念[3]。

天狼星最亮眼，早就被人類觀測(cè)到，但直到1892年，人們才知道它并非“單身”，而是有一個(gè)時(shí)時(shí)不離的“伴侶”，因?yàn)橛^測(cè)者研究天狼星的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它總是在轉(zhuǎn)小圈圈。為什么轉(zhuǎn)圈？繞著誰(shuí)轉(zhuǎn)？后來(lái)人們才認(rèn)識(shí)到天狼星原來(lái)是一對(duì)雙星(天狼星A和B)。伴星B的質(zhì)量約為一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，大小卻只與地球相當(dāng)。它的表面溫度也不低(25 000 K)，但發(fā)出的光度只有天狼星A的萬(wàn)分之一，因而，它在亮麗的“女伴”旁邊，不容易被人發(fā)現(xiàn)。最后確定這顆距離我們大約8.5光年的伴星是離地球最近的一顆白矮星，這顆天狼星B，就是我們的太陽(yáng)老耄之年的樣子。

(2016年9月12日收稿)

[1] GRUPEN C. Astroparticle physics [M]. Springer, 2006: 123-148.

[2] 張?zhí)烊? 電子, 電子!誰(shuí)來(lái)拯救摩爾定律[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2014, 41-60.

[3] 江曉原. 中國(guó)古籍中天狼星顏色之記載[J]. 天文學(xué)報(bào), 1992, 33 (4): 408-412.

(編輯：溫文)

Will our sun become a black hole

ZHANG Tianrong

Will our sun become a black hole? No. Stars like the Sun just are not massive enough to become black hole. Instead, in several billion years, the Sun will cast off its outer layer, and its core will form a white dwarf, a dense ball of carbon and oxygen that no longer produces nuclear energy, which still shines because it is very hot. A typical white dwarf is about as massive as the Sun, but only as big as the Earth, which is one percent of the Sun’s present diameter.

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10.3969/j.issn.0253-9608.2016.06.009

?通信作者，理論物理學(xué)博士，科普作家，E-mail: tianrong1945@gmail.com