恒星死亡体积为什么增大（且尸骸一个比一个厉害）

很多人知道，恒星死后会留下白矮星、中子星等尸骸，而且这些尸骸一个比一个厉害。但既然是尸骸，为啥还有那么大能量，还能够发光发热，甚至比恒星原来温度还高呢？今天我们就一起来探讨这个话题。

先简单说下恒星是什么

恒星是宇宙中最多的天体，其总质量占有可见物质的99.9%以上。我们仰望星空，看到星星99.99%都是恒星。恒星是自己发光发热的天体，是行星的母星。

所有的行星都是恒星形成过程剩下的渣滓组成，如我们太阳系，只有太阳一颗恒星，其质量就占有了整个太阳系的99.86%，八大行星和所有大大小小天体加起来，才占据了整个太阳系质量的0.14%。行星自身不发光，主要靠吸收恒星辐射提升温度。

恒星有大有小，像太阳这样的恒星属于中小质量恒星，最小的恒星质量只有太阳的8%，而最大的恒星质量有太阳的200倍。

再小再大的恒星一般很难存在，这是因为天体质量没有达到太阳的8%，核心就很难获得启动核聚变的温度和压力，就无法发光发热；而大于太阳质量200倍的恒星，剧烈核聚变的辐射压与巨大质量的引力压很难保持平衡，由此恒星极不稳定，会不断向太空抛撒外围物质。

恒星的寿命和归宿

恒星寿命是以质量来确定的，质量越小，寿命越长；质量越大寿命越短。这是因为恒星质量越大，核心压力和温度越高，核反应就越激烈，燃烧得就越快，反之就越慢。最大质量恒星寿命只有几百万年，而最小质量恒星寿命超过万亿年。

恒星也有生有死，质量不同的恒星，死法也不同。恒星的死法大致有四种，死去的恒星残骸（也可叫尸骸）也有4种，即黑矮星、白矮星、中子星、黑洞。

这几种尸骸一个比一个厉害，黑洞是顶级老大，是恒星死后最厉害的厉鬼，对宇宙中的一切通吃，就连这些尸骸也不会放过。

不过黑洞的无限引力范围是与质量成正比的，只要不去惹它，不进入其极端引力范围，还是比较安全的。

黑矮星是很多恒星的最终归宿。

宇宙中最多的恒星叫红矮星，这种恒星质量小，温度和亮度相对较低。红矮星质量一般在太阳的8%～50%之间，如果没到太阳质量的8%，天体核心达不到启动核聚变的温度和压力，就只能成为褐矮星或行星；质量再大的恒星，就类似太阳了。

这种小质量恒星由于中心压力和温度相对较低，核反应比较温和，消耗燃料相对较小，因此一生不会发生什么剧烈变化，只是将核心燃料慢慢消耗完就熄灭了，熄灭后的尸骸就叫黑矮星。

根据红矮星质量大小，寿命可达千亿年乃至数万亿年，而宇宙至今才诞生138亿年，因此迄今为止，所有的红矮星还正值青壮年呢，没有一个红矮星变成了黑矮星。

白矮星和中子星是大中型恒星的尸骸，形成后已经没有了新的能量产生，就会慢慢冷却，最终能量消耗殆尽，也会变成一个黑矮星。这个过程约需100~200亿年。

由此，在宇宙中还没有发现黑矮星。

白矮星是中等质量恒星的尸骸。

一般认为，太阳0.8倍以上，8倍以下的恒星，包括太阳，其在生命后期会发生红巨星膨胀，最后硝烟散尽，外围物质全部飘散到了太空，剩下中心一个致密的核，这个核就是白矮星。现在在宇宙发现了很多白矮星，距离我们8.6光年的天狼星，就是由一颗蓝矮星和一颗白矮星组成，蓝矮星质量是太阳2倍多，白矮星和太阳质量差不多，但其个头只有地球大小。

因此白矮星是一种高密度天体，密度可达到1~10吨/cm^3，白矮星表面温度刚形成时在10000℃左右，会发光，但光度较小，只有太阳光度的约千分之一到万分之一，加上体积很小，因此稍远就看不到。

恒星比白矮星体积和亮度都大许多，但现代最好的天文望远镜也很难看到其圆面，只能看到一个亮点。白矮星比恒星小，亮度又弱，因此就更难观测到了。尤其是在双星系统，主星的光芒会遮盖住白矮星暗弱之光，就更难看到了。

因此对白矮星的观测，一般是通过光谱分析得到的，或者用星冕仪等特殊设备，将主星光芒遮挡住，才能勉强看到一些距离较近的白矮星亮点，如天狼星B。

因为宇宙中中小质量恒星很多，死后的遗骸就是白矮星，现在宇宙寿命已经有138亿年了，应该有很多白矮星，有人估计，白矮星的数量占恒星总数的3~10%之间。现在发现的白矮星已经有1000余颗，1982年出版的白矮星星表，就列举了距离太阳不远，银河系中的488颗白矮星。

白矮星既然是尸骸，为什么还有光和热？

白矮星核心的核聚变早已熄灭，已经不产生能量，但为什么还会发光发热呢？这是因为白矮星本身就是原恒星的星核，星核本来就比原恒星表面温度高很多，比如太阳表面温度约6000度，核心温度为1500万度。而且在后续不断升级的氦核聚变过程，核心温度还会上升到数亿度，这样，当外围物质硝烟散尽，留下中心的碳核时，只是继承了原恒星的温度。

白矮星刚形成时，表面温度比原恒星更高，达到上万度，核心温度保持在上千万度。这些温度会源源不断地辐射出来，于是就还有光和热辐射。但由于不再有能量产生，白矮星会慢慢冷却，但这个冷却时间很长。冷却后的白矮星残骸也叫黑矮星。

白矮星质量一般在太阳的0.2~1.44倍以内，根据不同质量的白矮星，其冷却年限不同，一般需要100~200亿年。当白矮星完全冷却后，其高密度碳就形成结晶，成为一个巨大的钻石星球。但此“钻石”可不是地球钻石，密度达到10吨/cm^3，一个“钻石”戒指会像一个镣铐把你牢牢固定在某个位置。

中子星是大质量恒星的尸骸

中子星是质量为太阳8倍以上到30倍以下恒星的残骸。太阳质量8倍以上的恒星，核心温度和压力会导致从氢到铁以下的一系列核聚变发生，最终在核心形成一个铁球，核聚变熄灭后，恒星外壳的引力坍缩以亚光速撞击铁核，形成几乎相同速度的反弹激波，两股力量的碰撞，导致热核失控，就会以超新星爆发的方式结束自己的寿命。

如果核心残留质量超过了太阳的1.44倍，超新星大爆炸后就会留下一颗中子星尸骸。

中子星是非常极端的天体，质量达到太阳的1.44~3倍，而半径只有10千米左右，因此密度可达1~10亿吨/cm^3，表面重力是地球的上万亿倍，表面压强达到恐怖的10^28倍地球大气压，逃逸速度达到1万~15万千米/s，磁场强度可达1~20万亿Gs（而地球才0.7Gs，太阳才1000~4000Gs）。

中子星刚诞生时表面温度可达百万度，核心温度可达万亿度。由此，中子星会不断向太空发出强烈的能量辐射，强度达到太阳的100万倍。中子星继承了原恒星的角动量，体积缩得很小，因此旋转非常快，有的每秒数千转。

中子星极强的磁场会从磁极不断发射强射电波束，而中子星的磁极和自转轴不重叠，因此其旋转起来射电波束就像灯塔一样的在太空中扫描，有的扫过地球，这些极有规律的脉冲信号就被人类安装的射电望远镜所捕捉，这颗中子星就被称为脉冲星。

迄今为止，人类发现的中子星和脉冲星已经有数千颗，“中国天眼”（安装在贵州的500米口径球面射电望远镜，简称FAST），正式运行才1年多，就已经捕捉到了数百颗脉冲星。

中子星的能量也是原恒星能量的残留，慢慢冷却后也会变成一颗黑矮星。

黑洞是超大质量恒星的尸骸

黑洞是超大质量恒星死亡后留下的残骸，原恒星质量至少需要太阳的30倍以上（有的认为需要40倍以上）。这类恒星由于中心压力和温度极高，最终和形成中子星的原恒星一样发生热核失控，以超新星大爆发结束自己的一生。

由于这种超大质量恒星的引力坍缩压力和温度更高，核心质量留下的也更大，就会坍缩成一个黑洞，这个黑洞质量在太阳的3倍以上。

黑洞可以说是恒星的顶级尸骸，是通吃一切的厉鬼。进入黑洞的所有物质都坍缩到核心那个无限小的奇点上，这个奇点会在周围形成一个无限曲率的球形空间，这个空间的大小与黑洞质量成正比，叫黑洞视界或史瓦西半径。

史瓦西半径的计算方法为R=2GM/C^2，根据这个公式，一个质量为太阳3倍的黑洞，其史瓦西半径约9000米。在这个半径9000米的球状空间，任何天体靠近，不管这个天体的质量有多大，都只能被黑洞所吃掉，最后一点骨渣子也不剩。

黑洞很贪婪，永远吃不饱。

黑洞吃掉一切天体和物质后，质量就会越来越大，史瓦西半径也与质量成正比的扩大。人类已经发现宇宙最大的黑洞叫SDSS J073739.96 384413.2，其质量达到太阳的1040亿倍，史瓦西半径达到3120亿千米。这个黑洞还在不断地吞噬着恒星物质，继续壮大自己。

黑洞对所有的能量都吞到自己那个奇点上，就像貔貅只吃不拉，进入视界后，连光也无法逃逸，因此黑洞本来是无法看到的。

但由于黑洞存在着质量、电荷、角动量，一旦有星际物质靠近了视界，就会被黑洞捕捉，往中心拉扯，而靠近的物质由于黑洞角动量的带动，转速非常快，可达一半光速甚至接近光速，因此就会碰撞激发出巨大能量，发出耀眼的可见光和能量射线。

强大的能量喷流，还会从黑洞自转轴两端以接近光速发射到太空，在X波段产生炽热光芒。黑洞视界就是可见和不可见的分界线，所有物质在黑洞视界外都是可见的，一旦进入了视界，就化为乌有，只能看到一个黑咕隆咚的无底洞。

这样，人们就可以通过光学和射电、射线望远镜观测到黑洞，并能够计算出它的质量。

恒星尸骸还会借尸还魂，升级为黑洞。

由于白矮星和中子星都是极端天体，靠近它们的恒星等天体，都要自认倒霉，会被它捕捉和拉扯撕碎渐渐吃掉。白矮星和中子星通过吸积这些天体物质，就会不断壮大自己，当它们的质量到达某个临界点时，就会发生蜕变，成为更高一层的尸骸。

这两个临界点一个叫钱德拉塞卡极限，一个叫奥本海默极限。

白矮星的临界点是1.44倍太阳质量，叫钱德拉塞卡极限，当白矮星质量达到这个极限时，依靠电子简并压就再也无法支撑自身形态，这时会有两种归宿：一种是通过超新星大爆发，将自身炸得粉碎，成为一片星云；还有一种就是继续坍缩成为一颗中子星。

而中子星通过吸积，达到奥本海默极限时，中子简并压就无法支撑自身形态，就会继续坍缩成为一颗夸克星或者黑洞。现在人们还没有发现宇宙中有夸克星的存在，因此这还只是一种猜想。

奥本海默极限现在还没有一个准确的数值，有研究认为不旋转中子星的奥本海默极限是2.16个太阳质量，但不旋转中子星几乎没有，因此一般认为奥本海默极限在3个太阳质量以上。而现在宇宙中发现最小的黑洞，也在太阳质量3倍以上。

恒星质量与形成中子星和黑洞的误区

有人认为，1.44倍以上太阳质量恒星会形成一个中子星，3倍以上太阳质量恒星会成为一颗黑洞，这种认知是错误的。这么小的恒星是无法形成中子星和黑洞的，是否成为中子星或黑洞，要看大质量恒星在超新星大爆炸时，核心残留的质量。

因此，前面说的多大质量恒星会形成中子星或黑洞也是相对的，至于30倍还是40倍太阳质量恒星，在超新星大爆发后是留下一个中子星还是黑洞，关键还是要看恒星演化末期，核心残留质量有多大，达到钱德拉塞卡极限，就会成为中子星，达到奥本海默极限就会成为黑洞。

尸骸还会打架，爆发出巨大能量

在整个宇宙演化事件中，白矮星、中子星、黑洞之间，会发生黑吃黑的情况，还会发生自己相互碰撞的事件，尤其是中子星或黑洞在相互打架碰撞中，会激发出宇宙顶级天体事件，这就是发出伽马射线暴。

伽马射线暴是宇宙顶级能量爆发，其几秒钟或几分钟爆发出来的能量，甚至超过一个星系辐射能量总和，如果被这种能量击中，将会万劫不复，因此科学界认为，伽玛暴是宇宙最恐怖的顶级杀手。

有科学家认为，伽马射线暴杀灭了宇宙中90%以上的生命和文明，是宇宙文明难以发展到高级状态的重要原因之一。这或许也是人类迄今都无法发现地外文明的一个原因吧。

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