【宇宙杂谈】

Linvo说宇宙 2024-02-25 18:02 天津    土豆微信        

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作为恒星在演化末期剩下的残骸，白矮星虽然没有了核聚变提供能量，但它残余的热量仍然十分惊人，足以向外辐射几十亿、甚至是上千亿年。既然有足够的热量，理论上它也会有自己的宜居带。假如这个宜居带内存在行星的话，它是否也能演化出生命呢？而生命生活在这样一颗行星上，又会是种什么样的体验呢？我们知道，白矮星是小质量恒星的残骸。比如说我们的太阳，大约再过个50亿年，它也会演变成一颗小白矮星。由于到了演化末期，恒星的核燃料不够了，核聚变无法提供足够的支撑力，于是恒星的物质在自身的重力作用下向内塌陷。由于恒星的物质太多，质量实在太大，以至于维持物质正常结构的最后一道屏障——泡利不相容原理也无法抗衡物质的塌陷。原本一个轨道只能容纳两个电子，现在所有核外电子全都被挤到了同一条轨道上，这就是白矮星所处的电子简并态。处于简并态的物质密度非常高，一个与太阳质量相当的白矮星，体积和地球差不多。随便抓一把白矮星物质，重量都相当于一辆卡车。

由于白矮星的前身毕竟是恒星的核心，曾经的温度可以达到数千万、甚至是上亿度。变成白矮星后，虽然温度大不如从前，但“瘦死的骆驼比马大”，如今它的表面温度依然可以高达几万到几十万度。相比之下，太阳的表面只有区区六千度。这些储存下来的能量是如此之多，以至于白矮星仅靠吃老本也能持续发光发热数十亿、乃至数百亿年。这也是为什么至今我们也没发现完全冷却掉的白矮星，也就是黑矮星的存在。白矮星的热辐射主要集中在可见光和紫外线波段，不过由于个头太小，整体的亮度并不高。因此，虽然白矮星也可以有宜居带，但是和太阳这样的宜居带相比，白矮星的宜居带一方面距离很近，顶多只有几百万公里，最近甚至只有月球到地球的2倍；另一方面，它的范围很狭小，留给行星轨道的空间不是很多。不过它也有个好处，就是鉴于白矮星的寿命很长，它的宜居带存续时间会很长。而且和同样非常长久的红矮星宜居带相比，白矮星的宜居带十分稳定。毕竟，白矮星的体内没有核聚变这种不稳定因素，不会时不时来个耀斑或日冕物质抛射什么的，它仅仅是像烧焦的木炭一样发挥着余热。如此一来，它周围行星的大气和水或许可以幸免于难。那这是否意味着，假如这里真有行星的话，它上面存在生命或许还真不是不可能。虽然理论上白矮星附近可以存在类地行星，但是白矮星周围的行星极为罕见。截止目前天文学家仅发现了几颗，还都是些气态行星。

因为在已确认的五千多颗系外行星中，有将近一半是开普勒望远镜通过凌日法发现的。对于白矮星这种小不点来说，凌日法非常不友好，只能通过其他方法，比如分析光谱多普勒变化的视向速度法。或者像前不久，依靠JWST对距离小恒星较远的巨行星直接成像。

这些方法虽然没能在白矮星附近发现类地行星，但是一些间接证据表明，白矮星周围确实曾经存在过类地行星。2004年，天文学家在对一颗距离地球150光年的白矮星（GD 362）观测时发现，它的光谱和其他白矮星不太一样，里面似乎含有较高的金属元素，这意味着这颗白矮星的大气可能被外来金属元素污染了。次年，天文学家通过红外线观测发现，这颗白矮星的周围有一圈体积相当于土星环那么大的尘埃环，白矮星大气的金属污染很可能就来源于此。之后，通过分析研究人员认为，这颗白矮星的尘埃环和大气污染的罪魁祸首可能是一颗小行星。

这是一颗直径大约200公里岩质小行星。在白矮星还是主序星的时候，这颗小行星原本可能是一颗类地行星地壳的一部分。之后，那颗类地行星或许被膨胀的红巨星“吃了吐”，或许被后来形成的白矮星潮汐力撕碎，总之它被瓦解成了碎片。在白矮星的引力作用下，这些碎片一部分落入了白矮星的大气层，导致了白矮星大气的金属污染；而另一部分还没落入的则变成了白矮星周围的尘埃盘。总的来说，白矮星周围存在宜居行星这件事，一方面确实有可能，另一方面也确实很难稳定存在。毕竟作为致密星，它的潮汐力太大了。加上它的宜居带还那么近，一颗行星要想稳定存在于这里，势必需要满足一些苛刻的条件。比如它的公转速度必须非常快，可能只有几个小时，这样才能抵消白矮星的强大引力。另外，行星的个头也不能太大，密度不能太低，不然很容易就被白矮星的潮汐力瓦解。因此可以推测，假如你来到这样一颗行星上，首先你可能无法承受自己的体重，因为它上面的重力会非常大。假如它上面有动物的话，也许会是些有着强壮骨骼和肌肉的小个子生物。在这里，天上的“太阳”（也就是白矮星）看起来会很大，而且辐射也非常强。这里的生物可能需要很强的抗辐射能力，或者干脆长年躲藏在地下或深海中。不过鉴于距离白矮星非常近，这颗行星大概率会被潮汐锁定，一面永远是白昼，一面永远是黑夜。这样一来，这颗行星势必会拥有极端的温差，生物更多可能会生活在昼夜交界处这种地方。假如真有这样一颗行星的话，没准它上面的生命更有机会演化出更高级的文明。因为相较于主序星的行星，白矮星的行星有着大把的时间。哪怕今天的它们还只是单细胞生物，但经过百亿年的演化，当地球早已灰飞烟灭时，而它们或许正如日中天。参考资料：

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/White_dwarf

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/GD_362

[3] https://arxiv.org/abs/astro-ph/0509193

[4] https://arxiv.org/abs/2310.15219

[5] https://arxiv.org/abs/2401.13153

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