科学家们对太阳消亡后的样子进行了预测,并预测了太阳系终结的时间。人类将无法亲眼目睹这一最终过程。
此前,天文学家认为太阳会变成一个行星状星云——一个由气体和尘埃组成的明亮气泡——直到证据表明它必须相当大。
2018年,一个国际天文学家团队再次研究并发现,行星状星云确实是最可能的太阳遗骸。
太阳大约有46亿年的历史,根据与其他同时期形成的太阳系天体的年龄推测。基于对其他恒星的观测,天文学家预测太阳将在大约100亿年后到达生命的尽头。
当然,在此过程中还会发生其他事件。大约50亿年后,太阳将变成一颗红巨星。恒星的核心将收缩,但其外层将扩展到火星轨道,在此过程中吞噬我们的星球。如果它还在那里的话。
有一件事是确定的:到那时,我们将不复存在。事实上,除非我们找到离开地球的方法,否则人类只剩下大约10亿年的时间。这是因为太阳的亮度每10亿年增加约10%。
这听起来不多,但亮度的增加将结束地球上的生命。我们的海洋将蒸发,表面将变得太热,无法形成水。我们将几乎无法生存。
红巨星之后的情况一直难以确定。几项先前的研究发现,为了形成明亮的行星状星云,初始恒星的质量需要达到太阳的两倍。
然而,2018年的研究使用计算机模拟确定,像其他90%的恒星一样,我们的太阳最有可能从红巨星缩小成白矮星,然后以行星状星云结束。
“当一颗恒星死亡时,它会向太空喷射出一团气体和尘埃——称为它的包层——其质量可以达到恒星的一半。这揭示了恒星的核心,此时恒星的生命燃料即将耗尽,最终关闭并在最后死亡,”英国曼彻斯特大学的天体物理学家阿尔伯特·齐尔斯特拉解释说,他是该论文的作者之一。
“只有在那时,炽热的恒星核心才会使喷射出的包层在约10,000年内发出明亮的光芒——在天文学中这是一个短暂的时期。这就是使行星状星云可见的原因。一些星云非常明亮,可以从测量数千万光年的极远距离看到,而恒星本身会太暗而无法看到。”
该团队创建的数据模型实际上预测了不同类型恒星的生命周期,以确定与不同恒星质量相关的行星状星云的亮度。
行星状星云在可观测的宇宙中相对常见,著名的包括螺旋星云、猫眼星云、环状星云和气泡星云。
它们被称为行星状星云,并不是因为它们与行星有任何实际关系,而是因为在18世纪末由威廉·赫歇尔首次发现时,它们在当时的望远镜中看起来与行星相似。
近30年前,天文学家注意到一个奇怪的现象:其他星系中最亮的行星状星云都具有大致相同的亮度。这意味着,至少在理论上,通过观察其他星系中的行星状星云,天文学家可以计算它们的距离。
数据表明这是正确的,但模型与之相矛盾,这一发现自那时起一直困扰着科学家。
“年老的低质量恒星应该比年轻的高质量恒星产生更暗的行星状星云。这已经成为过去25年来的一个冲突来源,”齐尔斯特拉说。
“数据说你可以从像太阳这样的低质量恒星中获得明亮的行星状星云,模型说这是不可能的,任何质量小于太阳约两倍的恒星都会产生太暗而无法看到的行星状星云。”
2018年的模型通过显示太阳是产生可见星云的恒星质量的下限解决了这个问题。
即使是一颗质量小于太阳1.1倍的恒星也不会产生可见的星云。另一方面,质量高达太阳3倍的恒星将产生更明亮的星云。
对于介于两者之间的所有其他恒星,预测的亮度与观测到的非常接近。
“这是一个很好的结果,”齐尔斯特拉说。“我们不仅现在有了一种方法来测量遥远星系中年龄在几亿年的恒星,这是一个非常难以测量的范围,我们甚至发现了太阳死亡时会发生什么!”
该研究已发表在《自然·天文学》期刊上。
本文的早期版本于2018年5月首次发布。