问题

太阳会变成黑洞吗?

回答
这个问题很有意思,很多人都对太阳的最终命运充满好奇。要回答太阳会不会变成黑洞,我们需要先了解一下黑洞是怎么形成的,以及太阳的质量和演化过程。

黑洞的形成,说到底是一种极端的引力坍缩。当一颗质量足够大的恒星走到生命的尽头,它的核聚变反应会停止。没有了向外的辐射压力来对抗自身强大的引力,恒星的物质就会不受控制地向内坍缩。如果这颗恒星的核心质量足够大(通常需要太阳质量的几倍,比如至少是太阳质量的2.4倍,甚至更高,这个临界值叫做“奥本海默沃尔科夫极限”),那么在引力的作用下,它会压缩到一个体积无限小、密度无限大的奇点。在这个奇点周围,会形成一个被称为“事件视界”的边界。一旦物质或光线越过这个事件视界,就再也无法逃脱,这就是黑洞。

现在,我们来看看太阳。太阳是一颗中等质量的恒星,它的质量大约是地球的33万倍,或者说,它就是我们太阳系质量的99.86%。虽然听起来很大,但在宇宙恒星的尺度上,太阳只能算是个“小不点”。

太阳的生命历程是注定要走向“白矮星”的。目前,太阳正处于它生命周期的“主序星”阶段,正在通过氢聚变成氦来产生能量。这个过程会持续大约100亿年。太阳已经燃烧了大约46亿年,所以它还剩下大约50多亿年的时间。

当太阳内部的氢燃料耗尽时,它会开始收缩,核心温度升高,开始燃烧氦。这时,太阳的外层会膨胀,变成一颗“红巨星”。在这个阶段,太阳的体积会变得非常大,可能会吞噬掉地球和金星。

红巨星阶段之后,太阳的外层物质会逐渐被抛射出去,形成美丽的行星状星云。而留下的,将是太阳的核心,它会继续收缩,温度极高,但密度也会变得非常非常大。最终,它会冷却下来,成为一颗“白矮星”。白矮星是一种密度极高的、体积很小的星体,它不再进行核聚变,而是依靠自身残余的热量缓慢地发光发热,直到最终完全冷却,变成一颗“黑矮星”(尽管宇宙还没有年轻到出现黑矮星)。

所以,为什么太阳不会变成黑洞呢?关键就在于它的质量。太阳的核心在燃料耗尽后,坍缩到最后剩下的物质质量,不足以达到形成黑洞所需的那个质量阈值。它没有足够的“分量”来克服内部物质的抵抗力,最终以一种相对“温和”的方式(与黑洞的形成相比)结束它的生命。

简单来说,就像一个体重不够的人,即使他拼尽全力,也无法达到跳过高栏的那个高度。太阳的质量,就是它无法达到形成黑洞那个“高度”的原因。它会走到白矮星这一步,而不是继续坍缩成一个密度无限大的奇点。

网友意见

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一个恒星能不能变黑洞要看它“烧完后的质量”。如果太小,小于1.4倍太阳质量(钱德拉塞卡极限),电子简并压可以抵抗引力(什么是简并压是另一个问题了),防止继续塌缩,最终形成白矮星,再冷下来为褐矮星。如果再大一些,电子扛不住会继续塌,要靠中子简并压来扛。这个极限(奥本海默)大概是3到5倍太阳质量。再往上,就没有力量可以阻挡重力了,可以一直塌缩成黑洞。所以,太阳的确是太小了,它的归宿是矮星。

谢谢@李然 指出,白矮星冷了的那个叫黑矮星。

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