宇宙中的恒星正走向枯竭吗

没有什么能够永恒存在……我们的宇宙也不例外。过去20年来，天文学家一直在探测一些迹象，显示宇宙可能已过巅峰期。其中一个作为依据的信号是，越来越少新的恒星诞生。

这并不是说宇宙中的恒星走向枯竭了。据估计，它可能包含多达一秭（septillion）——即1后跟24 个零。

但天文学家认为，新恒星的产生正在减缓。

恒星的诞生……与死亡

目前科学界的共识是，宇宙大约有138亿年的历史。第一批恒星在大爆炸发生后不久形成。

事实上，去年詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）在我们的银河系中，发现了被认为已超过130亿年的三颗恒星。

它们诞生于被称为“星云”的巨大太空尘埃和气体云中。重力将气体团块拉在一起，最终加热并形成一颗婴儿恒星，或称“原恒星”。

图像来源，Nasa/Esa/CSA/STScI; Processing: J DePasquale/A Pagan/A Koekemoer (STScI)

图像加注文字，原恒星被物质云包围，以促进其生长。

当恒星核心加热至数百万度时，内部的氢原子被挤压在一起，通过称为“核聚变”的过程形成氦。这一过程释放光和热，恒星进入稳定的“主序星”阶段。

天文学家估计，包括我们的太阳在内的主序星约占宇宙中所有恒星的90%。它们的大小从太阳质量的十分之一到200倍不等。

最终，这些恒星会耗尽燃料，并在走向死亡的过程中走上不同的道路。

像太阳这样的低质量恒星会在数十亿年间逐渐消逝。

而质量至少是太阳八倍的“姊姊”们，结局则更加戏剧化：它们会在一场称为“超新星”的巨大爆炸中毁灭。

旧恒星主导

2013年，一个国际天文学家团队在研究恒星形成的趋势时称，未来将存在的所有恒星中，有95%已经诞生。

“我们显然生活在一个由旧恒星主导的宇宙中。”该研究的首席作者大卫·索布拉尔（David Sobral）当时在昴星团望远镜（Subaru Telescope）网站的一篇文章中表示。

在宇宙的时间轴上，恒星形成的高峰似乎发生在大约100亿年前，这段时期被称为“宇宙正午”。

“星系将气体转化为恒星，但它们的转化速率正在下降。”加拿大英属哥伦比亚大学宇宙学家道格拉斯·斯科特（Douglas Scott）教授说。

斯科特教授是目前正在接受同行评审的一项预印本研究的共同作者，该研究分析了欧洲太空总署的欧几里得（Euclid）和赫歇尔（Herschel）望远镜的数据。

他和一个国际研究团队能够同时研究超过260万个星系，这得益于欧几里得计划创建的庞大宇宙3D地图。

欧几里得太空任务捕捉到了附近宇宙中正在诞生新恒星的细节。图像来源，Esa/Euclid/Euclid Consortium/Nasa; Processing: JC Cuillandre (CEA Paris-Saclay)/G Anselmi

天文学家特别关注星尘所释放的热量。恒星形成速率较高的星系往往拥有更大、更热的恒星，因此尘埃温度也更高。

根据斯科特教授的说法，研究团队发现，星系的温度在数十亿年间逐渐下降。

“我们早已过了恒星形成的高峰期，未来每一代恒星形成的数量将越来越少。”他说。

大降温？

确实，旧恒星的死亡可以利用相同的物质形成新恒星，但事情并没有那么简单。

假设我们有一堆建材，用它们建造一栋房子。如果我们想再盖一栋，当然可以尝试回收旧房子，但并非所有材料都能再次使用。

“这意味着我们只能建造一栋更小的房子。每次拆除后，可用的材料会越来越少，直到我完全无法再建房子。”斯科特教授解释说。

这与恒星的情况非常相似。

“每一代恒星可燃烧的燃料都更少，最终将没有足够的燃料来形成新的恒星。”这位宇宙学家说。

“我们已经知道，在宇宙中，低质量恒星比高质量恒星普遍得多。”

科学家长期以来一直推测，宇宙终有一天会走向终结，只是不确定何时以及如何结束。

目前最被广泛接受的理论之一是“热寂”（heat death，又称热死亡）。

这一理论也被称为“大冻结”，预测随着宇宙持续膨胀，能量会逐渐分散，直到最终冷却到无法维持生命。恒星彼此距离越来越远，燃料耗尽，且不再形成新的恒星。

“宇宙中可用的能量是有限的。”斯科特教授解释说。

大量的“零”

但在你忧郁地仰望星空之前，恒星的消亡将需要一个天文数字般漫长的时间。

图像来源，Esa/Webb/Nasa/CSA/J Lee/PHANGS-JWST Team

斯科特教授估计，在未来的10兆至100兆年内，新的恒星仍会不断出现——远在我们的太阳可能消亡之后。

至于“大冻结”，时间可能更长：今年早些时候，荷兰拉德堡大学的天文学家估算，宇宙的最终终结将在大约“quinvigintillion”年后到来——也就是1后面跟着78个零。

所以，还有充足的时间，在下一个晴朗夜晚好好欣赏星空。