目前,我們並不知道壽命最長的恆星是什麼。
這是因為,恆星的壽命和質量有關,質量越大的天體,壽命越短;質量越小的恆星,壽命越長。目前已知壽命最長的恆星是紅矮星,壽命可以達到幾百億年甚至是上千億年。由於目前宇宙只有138億年,所以至今為止沒有一顆紅矮星走到了生命終點,以至於我們無法得知壽命最長的恆星能有多長。
紅矮星壽命為什麼那麼長?
紅矮星的壽命之所以非常長,和紅矮星的質量有關。
我們知道,恆星和行星的區別就是恆星能夠發生核聚變,但核聚變的發生是有條件的,條件就是質量足夠大。
在天文學上有一句黑話「質量為王」,意思是說,質量越大的天體,其產生的引力也越大,引力會將物質向中心擠壓,但是物極必反,當天體的引力越大時,此時天體內部的壓強以及溫度就會越高,壓強以及溫度又會使得物質呈等離子態分布,我們一般常見的物質是:固態、液態、氣態。等離子態是這三種狀態之外的另一種狀態。
在等離子態下,電子會因為受到足夠多的能量,而脫離原子核的束縛,導致原子結構將不會被保留,所以恆星內部是像一鍋粒子粥一樣,原子核,電子,光子到處亂串。
在宇宙中最為常見的物質是氫和氦,這是因為形成它們的條件比較簡單,所以宇宙中有99%的物質是由氫和氦組成,一般的恆星也是由這些物質組成。
在等離子狀態下,由於原子核中的質子帶有正電,而同種電荷之間又會相互排斥,因此就會發生核聚變反應。
但是核聚變反應的條件比較苛刻,以太陽為例,太陽的內核溫度是1500萬度,雖然比紅矮星核心溫度要高得多,但其他這個溫度還遠遠達不到激發核聚變反應的溫度。我們知道氫彈也是利用核聚變反應製作的武器,但引爆氫彈時會先點燃一個原子彈,使溫度達到1億度時才能引爆氫彈。
那麼紅矮星又沒有原子彈的激活,它們是怎麼燃燒的呢?
如果你學過物理,你就知道在微觀世界中存在著一種:量子隧穿效應。意思是說即使是能量不足以激發核聚變反應,但在微觀世界中也存在著一定的概率發生,只不過發生的概率非常低。
但我們知道,紅矮星內部有非常多的原子核,即使發生的概率低,也可以讓反應得以發生,只不過發生核聚變的反應比較溫和,不像氫彈一樣一下子全炸了,因此紅矮星的壽命比較長,可以持續燃燒大約幾百億甚至上千億年。
而質量越大的天體,引力越大,使得內核溫度也越高,以至於核聚變反應比較劇烈,使得過不了幾千萬年就炸了。所以質量越大的天體,壽命越短。
恆星的結局
恆星的結局也和質量有關,但由於目前科學家們沒有發現一例紅矮星走到了生命盡頭,所以我們無法知道紅矮星核聚變反應結束後會變成什麼。
像太陽這樣的黃矮星,一般主序星時期約100億年,在這期間,黃矮星會先發生氫原子核核聚變,並將氫原子核轉化為氦原子核。
之後如果質量足夠大,又會繼續燃燒氦原子核,生成碳等,當氦原子核也燒完時,此時黃矮星剩餘的質量不足以催發碳發生核聚變,於是就會向外拋出外層的氣體,而內核則坍塌成白矮星。
如果恆星的質量足夠大,那麼它在燃燒完氦原子核時,還會催發碳核聚變反應,一直到鐵元素。由於催發鐵原子核需要大量的能量,而鐵原子核發生核聚變後只能釋放出較少的能量,所以大多數天體只會進行到鐵元素。
如果該星球演化到後期,內核質量超過了錢德拉塞卡極限,也就是太陽質量的1.44倍,那麼該星球就會坍塌成中子星。
如果內核質量超過太陽質量的3.2倍,那麼該星球就會坍塌成黑洞。
總結
在宇宙中,天體的質量能決定該星球的命運,如果天體質量沒有達到8%太陽質量,那麼該星球只能成為行星,超過了8%太陽質量的天體才會成為恆星。
紅矮星就是剛剛達到恆星標準的星球,它們質量比較小,以至於核聚變反應也比較溫和,不至於像超大質量恆星那樣反應劇烈,所以紅矮星的質量非常長,至今為止還沒有一顆紅矮星達到壽命終點,所以我們無法得知宇宙中壽命最長的恆星是什麼。