宇宙中的恒星正走向枯竭吗
没有什么能够永恒存在……我们的宇宙也不例外。过去20年来,天文学家一直在探测一些迹象,显示宇宙可能已过巅峰期。其中一个作为依据的信号是,越来越少新的恒星诞生。
这并不是说宇宙中的恒星走向枯竭了。据估计,它可能包含多达一秭(septillion)——即1后跟24 个零。
但天文学家认为,新恒星的产生正在减缓。
恒星的诞生……与死亡
目前科学界的共识是,宇宙大约有138亿年的历史。第一批恒星在大爆炸发生后不久形成。
事实上,去年詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)在我们的银河系中,发现了被认为已超过130亿年的三颗恒星。
它们诞生于被称为“星云”的巨大太空尘埃和气体云中。重力将气体团块拉在一起,最终加热并形成一颗婴儿恒星,或称“原恒星”。
图像来源,Nasa/Esa/CSA/STScI; Processing: J DePasquale/A Pagan/A Koekemoer (STScI)
图像加注文字,原恒星被物质云包围,以促进其生长。
当恒星核心加热至数百万度时,内部的氢原子被挤压在一起,通过称为“核聚变”的过程形成氦。这一过程释放光和热,恒星进入稳定的“主序星”阶段。
天文学家估计,包括我们的太阳在内的主序星约占宇宙中所有恒星的90%。它们的大小从太阳质量的十分之一到200倍不等。
最终,这些恒星会耗尽燃料,并在走向死亡的过程中走上不同的道路。
像太阳这样的低质量恒星会在数十亿年间逐渐消逝。
而质量至少是太阳八倍的“姊姊”们,结局则更加戏剧化:它们会在一场称为“超新星”的巨大爆炸中毁灭。

旧恒星主导
2013年,一个国际天文学家团队在研究恒星形成的趋势时称,未来将存在的所有恒星中,有95%已经诞生。
“我们显然生活在一个由旧恒星主导的宇宙中。”该研究的首席作者大卫·索布拉尔(David Sobral)当时在昴星团望远镜(Subaru Telescope)网站的一篇文章中表示。
在宇宙的时间轴上,恒星形成的高峰似乎发生在大约100亿年前,这段时期被称为“宇宙正午”。
“星系将气体转化为恒星,但它们的转化速率正在下降。”加拿大英属哥伦比亚大学宇宙学家道格拉斯·斯科特(Douglas Scott)教授说。
斯科特教授是目前正在接受同行评审的一项预印本研究的共同作者,该研究分析了欧洲太空总署的欧几里得(Euclid)和赫歇尔(Herschel)望远镜的数据。
他和一个国际研究团队能够同时研究超过260万个星系,这得益于欧几里得计划创建的庞大宇宙3D地图。

欧几里得太空任务捕捉到了附近宇宙中正在诞生新恒星的细节。图像来源,Esa/Euclid/Euclid Consortium/Nasa; Processing: JC Cuillandre (CEA Paris-Saclay)/G Anselmi
天文学家特别关注星尘所释放的热量。恒星形成速率较高的星系往往拥有更大、更热的恒星,因此尘埃温度也更高。
根据斯科特教授的说法,研究团队发现,星系的温度在数十亿年间逐渐下降。
“我们早已过了恒星形成的高峰期,未来每一代恒星形成的数量将越来越少。”他说。
大降温?
确实,旧恒星的死亡可以利用相同的物质形成新恒星,但事情并没有那么简单。
假设我们有一堆建材,用它们建造一栋房子。如果我们想再盖一栋,当然可以尝试回收旧房子,但并非所有材料都能再次使用。
“这意味着我们只能建造一栋更小的房子。每次拆除后,可用的材料会越来越少,直到我完全无法再建房子。”斯科特教授解释说。
这与恒星的情况非常相似。
“每一代恒星可燃烧的燃料都更少,最终将没有足够的燃料来形成新的恒星。”这位宇宙学家说。
“我们已经知道,在宇宙中,低质量恒星比高质量恒星普遍得多。”
科学家长期以来一直推测,宇宙终有一天会走向终结,只是不确定何时以及如何结束。
目前最被广泛接受的理论之一是“热寂”(heat death,又称热死亡)。
这一理论也被称为“大冻结”,预测随着宇宙持续膨胀,能量会逐渐分散,直到最终冷却到无法维持生命。恒星彼此距离越来越远,燃料耗尽,且不再形成新的恒星。
“宇宙中可用的能量是有限的。”斯科特教授解释说。
大量的“零”
但在你忧郁地仰望星空之前,恒星的消亡将需要一个天文数字般漫长的时间。

图像来源,Esa/Webb/Nasa/CSA/J Lee/PHANGS-JWST Team
斯科特教授估计,在未来的10兆至100兆年内,新的恒星仍会不断出现——远在我们的太阳可能消亡之后。
至于“大冻结”,时间可能更长:今年早些时候,荷兰拉德堡大学的天文学家估算,宇宙的最终终结将在大约“quinvigintillion”年后到来——也就是1后面跟着78个零。
所以,还有充足的时间,在下一个晴朗夜晚好好欣赏星空。