奇妙的恒星世界

张唯诚

一个星团，其中许多恒星的质量是太阳的两倍

恒星是一种非常热且能自身发光的天体，大多数恒星的表面温度比厨房烤箱里的温度要高几千摄氏度。例如，太阳是离我们最近的恒星，它的表面温度为5780开尔文，相当于5507摄氏度。正因为恒星如此炽热，发出如此明亮的光芒，即使距离数万亿千米我们也能看到它们。

看上去太阳与其他恒星很不相同，其实它仍然是一颗普通的恒星，只是距离我们很近而已。地球和太阳系中的其他行星围绕太阳运行，它们在夜空中看上去很像恒星，但行星自身不会发光。当你在夜空中看到一颗行星，比如火星或者土星，它的光芒实际上来自太阳，它把太阳的光芒反射到了你的眼中。

这是太阳探测器“太阳动力学观测台”在极紫外光下拍摄的太阳图像，它显示了太阳上正在发生太阳辐射的强烈爆发，即太阳耀斑。

恒星是从巨大、寒冷、黑暗的气体和尘埃云团中诞生的，诞生的过程极其漫长。在重力的作用下，云团中的物质聚集在一起，其中一部分撞向中心，使其升温。到了某一时刻，云团的中心变得非常热，开始发光，一颗恒星就这样诞生了。

恒星诞生后，它会沿相当圆的轨道环绕星系中心运行。然而，隨着时间的推移，来自巨大气体云、星系旋臂和其他恒星的引力拖拽，会使恒星来回晃动，这些扰动使恒星环绕星系中心的轨道慢慢变成椭圆，因此，恒星的轨道可以表明它们的大致年龄。

宇宙中的恒星是多种多样的，有些很热很亮，能够被我们用肉眼看到，但有些却并不那么明亮，还有些暗淡得用肉眼根本无法看到。红矮星和褐矮星是宇宙中非常暗淡的恒星，它们的质量远低于太阳，温度很低，释放的能量比太阳弱得多。这其中褐矮星尤其“贫弱”，它们发出的光芒主要来自它们诞生时的热量，但随后它们的核活动就突然减弱了，这导致它们冷却并且消失，被称为“失败的恒星”。美国加州大学圣地亚哥分校的天体物理学家迪诺·徐、亚当·伯加塞和他们的同事，通过研究红矮星和褐矮星在太空中的移动方式，识别出了存在于这两种恒星之间的分界线，即一颗恒星得以存在的临界温度。

红矮星处在这个临界温度之上，它们虽然暗淡，但总算成了一颗合格的恒星。但在这个温度以下的褐矮星就注定了“失败”的命运。迪诺·徐认为，如果想以最小的努力成为一颗成功的恒星，那么就要把表面温度设定为太阳的四分之一左右，这个温度大约处在1200至1400摄氏度之间，这个温度将长时间发光的红矮星和“失败”的褐矮星区分开了。科学家们将这项研究成果发表在了近期的《天体物理学杂志（增刊）》上。

一颗褐矮星，这种星体自身温度低，质量小，无法维持核反应。

恒星诞生后，它的中心非常热，以至于氢原子的原子核相互撞击并聚在一起形成核反应。核反应为太阳和大多数其他恒星提供能量，它会维持很长时间，直至最终结束。

每种恒星的寿命都不一样，因为它们的质量不一样。质量越大，恒星死亡的速度就越快。这是为何？因为它们发出非常明亮的光，燃料消耗得很快。质量最大的恒星可以存活数百万年，这在恒星世界里是非常短暂的。像太阳这样的恒星可以存活数十亿年，更小的恒星寿命则更长。与它们的寿命一样，恒星死亡的方式也是各不相同的。大质量的恒星多以爆炸结束生命，它们的死亡方式非常辉煌，天文学家们将这种爆发的恒星称为“超新星”。这时，恒星将大部分质量喷射到太空中，而其余的部分则坍缩成一颗直径只有几千米的星核。在超新星阶段，恒星变得出奇的明亮，它们会突然出现在夜空中。在古代，人们称这种星为“客星”。

在很多情况下，星核便是一颗中子星。当带负电荷的粒子（电子）和带正电荷的粒子（质子）融合成中性粒子（中子）后，中子星就得以形成。它的密度如此之大，以至于一茶匙中子星物质在地球上的质量就超过10亿吨。但有时候，恒星的内核会坍缩成黑洞，这通常是质量更大的恒星造成的结果。黑洞的密度更大，任何东西，包括光，都无法逃脱它。

质量较小的恒星，比如太阳，死亡的速度则较慢。太阳是一颗黄色的“主序恒星”，因为它正处在以内部氢核聚变为主要能量来源的发展阶段，这是恒星的青壮年期。然而，当这种恒星进入老年时，它们的中心就会耗尽燃料。这时，它们开始在中心周围的壳层中燃烧氢，这导致恒星膨胀，表面冷却并变红，从而演变成红巨星。对于类太阳恒星来说，这个阶段可以持续10亿年或者20亿年。

在红巨星阶段，恒星会失去质量，最终，它的外层消失了，露出了热核。这个只有地球大小的热核仍然拥有很大的质量。事实上，它的质量通常和处于中年期的太阳差不多。这个炽热的核，被称为“白矮星”。

圆圈中的白点是白矮星，它们正在冷却，直到完全失去热量和光芒。

宇宙中每百颗恒星中大约有5颗白矮星，它们是质量类似太阳这样的恒星走向死亡的产物。这种星颜色偏白，因为它还有残存的能量，发出暗淡的白光。由于坍缩产生的压力，白矮星被压缩到了很小。大多数白矮星在大小上更接近地球（地球的半径约为6300千米）。天文学家们迄今发现的最小的白矮星的半径约为2100千米，非常接近月球（月球的半径约为1700千米）。

在银河系中，距离我们最近的一颗白矮星，被称为“天狼星B”，是天狼星的伴星，是已知的最大质量的白矮星之一。白矮星“南河三B”距离我们11.4光年，不算远，但它太靠近明亮的“南河三”了，一般的望远镜看不到它。但在双鱼座，有一颗白矮星距离我们14光年，它叫“范玛宁星”，是人类发现的第3颗白矮星。它有着足够的亮度，有可能被普通的望远镜观测到。其他大量的白矮星虽然分布在银河系中，但由于暗淡，一般的望远镜很难观测到它们，但大型望远镜，例如哈勃太空望远镜，能经常观测到它们，并拍下了很多照片。

NASA 镜头里的白矮星『范玛宁星』

红矮星是宇宙中最常见的恒星，它们经常拥有巨大的弧状日珥和大量黑子，强烈的耀斑也会从它们的表面喷发出来。此图显示一颗行星正围绕一颗红矮星运行。

恒星喜欢成群结队。18世纪，英国天文学家威廉·赫歇尔发现了很多双星。他还发现，恒星也喜欢抱成团，这便是星团。这些星团有的密集，有的稀疏。威廉·赫歇尔意识到，那是引力施放的“魔法”，说明星团处在不同的发展阶段。但有些恒星，如太阳，则是孤独的。通常情況下，星团只是恒星们临时的“社区”，因为大多数星团都无法存在10亿年以上。相较而言，太阳已经存在40多亿年了。也许幼年期的太阳，的确生活在一个星团中，但后来星团解体了，太阳只好成了“独行者”。

不过，即使是“独行者”，恒星也很难不被认为是一个巨大群体的一部分，这个巨大的群体被称为“星系”。一个星团可能有几千颗恒星，而一个星系则拥有更多的恒星，星系和星系之间又会构成星系团。宇宙中有数不尽的星系团，每个星系团都包含着无数的星系。

大爆炸之后，宇宙由氢、氦和少量锂组成。大多数恒星都会将轻元素转化为重元素。宇宙中的大多数恒星，都在创造新的化学元素。我们呼吸的大部分氧气是由大质量恒星制造的，小质量恒星则制造了大部分的氮，两种类型的恒星都产生了碳。爆炸的白矮星形成了大部分铁。所以公平地说，我们和我们的世界都是由曾经的星尘组成的。

宇宙中存在各种各样的恒星，而确定区分红矮星和褐矮星之间的临界温度，意味着人类认识恒星的重大进步。不过，一些科学家认为，这种探测红矮星和褐矮星之间温度边界的新方法虽然有趣，但结果是否可靠依然不能确定。这就是说，人们需要通过观测更多的红矮星和褐矮星来验证这个发现。这项工作充满机遇，因为红矮星比比皆是，数量超过所有其他类型恒星的总和，而褐矮星也很常见。

然而，从另一方面看，红矮星和褐矮星都很暗淡，这就增加了观测的难度。例如，一种名为“多普勒频移”的观测技术就因此面临挑战。多普勒频移能揭示天体接近或者远离地球的速度，显示了这种速度的运动对于计算恒星环绕星系中心运行的轨道至关重要，但暗淡的光增加了观测的难度。不过，在探索自然奥秘的道路上，困难并不可怕，它们终会被技术的进步所克服，所以人类认识恒星世界的脚步依然会稳步向前。