3.恒星的命运

（1）小质量恒星会变成白矮星

核聚变产生的能量在恒星内部产生了压力，平衡了引力将物质聚集在一起的趋势。当一颗质量不到太阳8倍的主序星耗尽其核心的氢时，核反应就会停止。没有了核聚变产生的能量，中心区域就会开始冷却，引力占据上风，核心开始收缩。但内核坍缩，又会导致中心温度和压力升高，以至于氦开始聚变成碳，这也会释放能量。而且恒星外层仍然有氢，氢聚变会在内核周围的壳层中继续进行。越来越热的核心以及壳层中的氢聚变会使得恒星外层缓慢膨胀，直到它成为亚巨星或巨星。

图6-3 猫眼星云

一些巨星会变得不稳定并开始脉动，周期性地膨胀收缩，并抛射出一些外层气体。最终，它所有的外层都被吹走，形成一个不断膨胀的尘埃气体云，称为行星状星云。图6-3展示的猫眼星云就是一个行星状星云。恒星几乎所有的外层大气都被抛出去之后，只剩下核心，科学家称这种恒星残骸为白矮星。白矮星大小与地球相仿，但质量是地球的数十万倍，一勺物质比一辆小汽车还重。白矮星内部不再产生能量，所以它会在数十亿年的时间里逐渐冷却，越来越暗，直至被遗忘。大约50亿年后太阳会变成一颗红巨星，外层大气都被吹走后，最终会变成一颗白矮星。

（2）大质量恒星会剧烈爆炸

超过8倍太阳质量的主序星注定会在大爆炸中死亡，成为超新星。新星只是恒星的表面发生爆炸，而超新星是恒星的核心坍缩，然后剧烈爆炸。在大质量恒星中，中心的氦聚变成碳之后，聚变不会停止，碳会继续聚变成更重的元素，如氧、氖、镁，这些元素将成为核心后续聚变的燃料。对于那些最大的恒星来说，核聚变反应会一直持续到硅熔合成铁。同时，恒星会膨胀成为红超巨星。这些核聚变产生的能量可以防止内核坍缩崩溃，但每增加一种新燃料，距离内核崩溃的时间就越短。整个过程只需要几百万年。到硅开始熔合成铁时，恒星几天内就会耗尽燃料。

如果核聚变反应生成比铁更重的元素，那么这种聚变实际上会消耗能量而不是产生能量。所以，在形成铁之后，这颗恒星已经通过核聚变榨出了所有的能量。恒星不会再有任何方式来支撑自己的重量时，铁核就会坍塌。在短短几秒钟内，核心从大约8000千米缩小到只有20千米，温度飙升到1000亿摄氏度或更高。恒星的外层最初与铁核一起坍塌，直到原子核之间的力量顶住坍塌，然后坍塌的物质会反弹。这种变化会产生一种激波，向外穿过恒星，其结果就是巨大的爆炸，成为超新星。其核心以极其密集的残骸形式存在，要么是中子星，要么是黑洞。这种爆发会释放出难以想象的能量，在几天到几周的时间里，一颗超新星的亮度可能会超过整个星系。