😵 🕵🏽 🥪 问第98号伊桑：星辰什么时候熄灭？ 👨🏼‍🏭 🀄️ 🏼

每周您都会向我的部分发送问题和建议，这周有很多优秀的候选人，但我选择了最短最甜的问题，但也选择了最深的问题。史蒂夫问他：

恒星用完核燃料后需要多长时间冷却？我们会有黑矮星吗？它们今天存在吗？

让我们从恒星的生命开始对话，直到最后仔细研究这一刻。

当分子气体云在重力作用下坍塌时，区域总是比其他区域稍微密集。有物质的空间的每个部分都试图吸引越来越多的物质，但是这些高密度区域比其他地方吸引的物质更多。

由于重力崩溃是一个快速且不受控制的过程，因此，您吸引的物质越多，吸引的附加物质越快。尽管一个大而开放的云要变成密集的物体可能需要数亿万年的时间，但从密集气体的简单塌陷状态到新的星团的过渡过程（其中最密集的区域点燃其肠内的合成反应）仅需数十万岁。

在一个新的星团中，最容易注意到最明亮的恒星，这将是最大的恒星。它们是现有恒星中最亮，最蓝，最热的恒星，它们的质量比太阳的质量大数百倍，而亮度则是数百万。但是，尽管这些恒星是最杰出的恒星，但它们也是最稀有的恒星，占已知星总数的不到1％。它们也是寿命最快的恒星，因为它们仅在1-2百万年内就燃烧了所有核燃料。

当这些最明亮的恒星的燃料耗尽时，它们会死于令人惊叹的II型超新星爆炸中。此时，内核坍塌为中子星（在小质量核的情况下），甚至塌陷为黑洞（对于大核），而外层则被喷射到星际介质中。那里富集的气体将创造出下一代恒星，为那些繁重的元素提供恒星，从而形成岩石行星，有机分子，并在极为罕见和奇妙的情况下提供生命。

根据定义，黑洞会立即变黑。除了周围的吸积盘和霍金低温辐射外，它们几乎立即变得如此。

但是中子星是完全不同的印花布。

中子星会收集恒星核心的所有能量，然后迅速崩溃。如果非常快速地压缩某些东西，其温度将升高-这就是活塞在柴油发动机中的工作方式。恒星的核坍塌为中子星可能是快速压缩的最终例子。在几秒钟或几分钟内，直径数十万公里的铁，镍，钴，硅和硫的核被压缩成直径不超过16公里的球。其密度增大千万亿次，10 ¹⁵，和温度升高至10 ¹²处的K中心和多达10 ⁶表面日K。

问题出现在这里。

所有这些能量都存储在一颗坍缩的恒星中，其表面是如此热，以至于该恒星不仅在光谱的可见光部分发出淡蓝色的光，而且还在不可见的X射线范围内发射（甚至不发射紫外线）！这个物体包含着疯狂的能量，但是它只能通过非常小的表面将其释放到宇宙中。

问题是，中子星冷却需要多长时间？答案取决于中子星物理的那部分，实际上这还不是很深入的研究：冷却中微子！您会看到，如果光子（辐射）被普通的重子物质很好地吸收，则中微子可以自由通过中子星。在最快的情况下，中子星可以在10 ^16时从光谱的可见部分冷却并隐藏年，也就是“仅”在一倍于宇宙年龄的时代。但是在慢速情况下，可能需要10 ²⁰到10 ²²年的时间-也就是说，您必须稍等片刻。

但是还有其他恒星变黑更快。

大多数恒星-99％带有尾巴-不会成为超新星，并且在寿命尽头时它们会慢慢缩小为白矮星。仅与超新星相比，这种情况才慢慢发生：它需要数万年，而不是几秒钟和几分钟，但是它仍然足够快以节省恒星核心的所有热量。区别在于，不是将其封闭在直径为16 km的球体中，而是将热量封闭在与地球“仅”大小（即大一千倍）的物体中。

这意味着尽管白矮星的温度可能很高-超过20,000 K，即比太阳高三倍，但它们的冷却速度比中子星快得多。

白矮星的中微子发射可以忽略不计，也就是说，主要辐射来自表面。当计算的速度有多快热量可以通过辐射离开身体，似乎白矮星（太阳这样的转），降温约10 ¹⁴ - 10 ¹⁵年。该时间将花费在冷却到绝对零以上几度的位置。

这意味着在大约10万亿年后，或者说“仅”比当前宇宙时代长1000倍，白矮星的表面温度将下降，因此不再可见。在这段时间之后，全新的物体将出现在宇宙中：黑矮星。

所以您必须让您失望，史蒂夫，黑矮人今天不存在。宇宙对他们来说还太年轻。根据我们的计算，最冷的白矮星自从第一个出现在宇宙中以来，其能量损失不超过0.2％。也就是说，对于一个温度为20,000 K的白矮星，这意味着它的温度下降到了19,960 K，而他离黑星还很远。

有趣的是，我们如何想象我们的宇宙中充满了发光的恒星，这些恒星聚集在被广阔空间隔开的星系中。到第一个黑矮星出现时，我们的银河系将合并成一个星系Milkdromeda，将要出现的大多数恒星将已经燃烧掉了，剩下的恒星将具有最小的质量，并且将是所有恒星中最红色和最暗淡的。

此外，由于暗能量，所有其他星系也将离开我们的范围。生命存在的机会将非常小，由于引力的影响，恒星和恒星的尸体将开始从银河中飞出，速度要比新恒星形成的快。

但是，在这种背景下，很长一段时间以来第一次出现了新对象。尽管我们永远无法看到和感知到这样的物体，但是我们对自然界了解得足够多，以便不仅知道它们将存在，而且还知道它们将如何以及何时出现。这本身就是科学最神奇的特性之一！

问第98号伊桑：星辰什么时候熄灭？

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