正在固化的白矮星，也許太陽未來也將發生同樣的過程
太陽看起來似乎是一個永遠燃燒的氣體球，但總有一天它會死去，這可能聽起來很讓人沮喪，尤其是對於那些在地球上生活了幾十億年的生物來說。但太陽的死亡也有光明的一面。根據2019年1月發表在《自然》（Nature）雜誌上的一項研究，死去的太陽將留下一堆亮閃閃的遺產：變成一顆巨大的水晶，不過，這可不是你在普通枝形吊燈上能找到的那種水晶。
在討論超大型恆星晶體之前，我們首先需要了解像太陽這樣的恆星是如何生存和死亡的。
從紅巨星到白矮星
太陽通過原子的核聚變產生能量，它的巨大引力將恆星核中的氫原子擠壓在一起，聚變成氦原子，並在這一過程中釋放出的大量能量，向外推動，維持著良好的平衡狀態。只要有足夠的氫燃料支持這個過程，核心的大小和溫度就保持不變（大約1500萬開爾文）。核聚變產生的能量輻射到整個太陽系，最終孕育了地球這個宜居星球上生命的演化。在太陽所經歷的生命週期中，這個燃燒氫的階段持續了約90%的時間，這一生命期的恆星被稱為“主序星”。目前，太陽的主序星階段已經經過了45億年——大約是它生命的一半。
當氫原子耗盡後會發生什麼？委婉地說，事情會變得有點瘋狂。如果沒有聚變氫所產生的能量向外的壓力，太陽的引力就會使其核心不堪重負，被擠壓成一個更小的空間，其溫度將提高十倍。不過沒關係，較重的氦原子核將開始聚變，再次產生向外的壓力來維持平衡。據預測，這將在大約50億年後開始發生，其標誌是一種名為“氦閃”的能量突然噴發。在氦聚變過程中，碳和氧形成，核心的溫度再次上升。
不久之後，甚至更重的元素也開始聚變，使太陽整體上看起來會因物質消耗而有點糟糕。它將開始膨脹，猛烈的太陽風橫掃星際空間，太陽的外層將開始剝離。不過，太陽的質量還不足以爆發稱為超新星，而是會變成一顆紅巨星。它可能會擴張到地球軌道之外，將我們的星球烤焦。
在紅巨星末期，太陽外層殘存的氣體會被太陽風吹送進太空，並被電離成太陽等離子體，從而形成美麗的行星狀星雲。這個星雲內部富含新形成的重元素，將繼續用於產生下一代的恆星和行星。外層被剝離後，唯一留存下來的將是被稱為白矮星炙熱恆星核。這是一個小而高密度的恆星，將在數十億年中逐漸冷卻和暗淡，成為太陽曾經地位的證明。
白矮星在數十億年後會永遠熄滅和變暗，但這並不是故事的結局。利用歐洲蓋亞任務的觀測結果，英國沃裡克大學的研究人員偶然發現了一個潛藏已久的白矮星秘密。
水晶白矮星
在形成後不久，白矮星就變得非常熱，輻射出之前主序星核心曾經擁有的強烈能量。在形成後數十億年間，白矮星將慢慢冷卻，並在某個時間點上，其內部的氧和碳將發生相變——類似於液態水凍結成固態冰。只有在非常極端的溫度和壓力下，碳和氧才會固化形成一個巨大的水晶。
“所有的白矮星都會在其演化過程中的某個時刻結晶，而更大質量的白矮星會更快地經歷這個過程，”研究負責人、沃裡克大學物理系的皮埃爾-伊曼紐爾·特朗布萊在一份新聞稿中說，“這意味著我們星系中數十億顆已經完成這一過程白矮星，本質上就是天空中的水晶球。大約100億年後，太陽本身將會變成一顆白矮星。”
特朗布萊的團隊分析了蓋亞任務的觀測結果，測量了距離地球300光年範圍內15000顆白矮星的亮度和顏色，觀察到某種顏色和亮度的恆星數量過多（或“堆積”）。他們意識到，這組白矮星代表了恆星演化中的一個相似階段，這個階段具有適合發生結晶相變的條件，而這會導致冷卻的延遲，從而延緩恆星老化過程。研究人員還發現，其中一些恆星的壽命延長了20億年。
“這是白矮星結晶，或者說液體轉變為固體的第一個直接證據，”特朗布萊在聲明中補充道，“50年前就有人預測，由於固化結晶作用，我們會在某些亮度和顏色下觀察到白矮星數量的堆積，直到現在我們才觀察到這一現象。”
結晶的白矮星不僅僅是一顆恆星。它們的量子構成不同於我們在實驗室裡可以重建的任何東西。當白矮星物質結晶時，其物質在量子水平上變得有序，原子核排列成一個三維晶格，形成一個金屬氧核和一個富含碳的外層。
因此，在太陽這樣的恆星死亡後，它們的故事還沒有結束。所有的白矮星都會經歷這個結晶階段，在星系中留下大量像鑽石一樣閃亮的恆星殘骸。
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