死星也会闪耀，但它们终将熄灭。
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当恒星耗尽所有燃料后，需要多久才会彻底冷却？它们何时会变成不发光的黑星？让我们从恒星的诞生开始说起。
当分子气体云在自身引力的作用下坍缩的时候，总会有一些地方密度比周围高出那么一点。当所有物质区域都在竭尽全力把更多的物质往自己身上拉的时候，这些密度特别高的地方拉取物质的效率也特别高。
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引力坍缩是一种失控的过程，你拉取的物质越多，随后的物质就会以更快的速度前来。一片松散的分子云变为部分坍缩的气团可能需要几百至几千万年，而从部分坍缩的气团变为星团只需几十万年。
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星团中那些亮度最高、质量最大的恒星只占所有恒星数量的1%，这些稀有的蓝星质量可达太阳的数百倍，亮度可达太阳的数百万倍。但是它们的寿命也是最短的，只需一百万至两百万年，它们就会耗尽所有核燃料。
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它们燃料耗尽时会爆发成II型超新星。在这个过程中，它们的内核会发生向心聚爆，坍缩成一个中子星或一个黑洞。与此同时它们的外层会被抛入星际空间，为下一代恒星提供丰富的气体原料，为岩石质行星、有机分子和生命提供必须的重元素。
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假如产生的是一个黑洞，那么除了积吸盘发出的光和视界发出的低温霍金辐射外，它将在瞬间从我们的视线中消失。假如产生的是一个中子星，那么情况就会完全不同。
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中子星是恒星竭尽所有能量，并以一种不可思议的速度瞬间坍缩而成的。物质被快速压缩时，温度会上升。活塞发动机的原理就是这个。恒星内核坍缩成中子星是这种快速压缩的极端案例。在几秒至几分钟内，一个直径几百至几千公里，由铁、镍、钴、硅和硫等元素组成的内核瞬间被压缩成了一个直径不到十几公里的球。在这个过程中，它的密度升高了10^15倍，中心和表面温度分别升高到了10^12K和10^6K。
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所有能量都被保存在这个已经坍缩了的恒星内部，而其表面温度是如此之高，以致于它不仅会发出蓝白色的可见光，还通过肉眼不可见的波段释放出大部分能量，比如紫外线，比如X射线。这个天体内积聚了超大的能量，但是能够释放的窗口却只有它小小的表面。
中子星多久才会冷却？这涉及到一个至今尚未完全破解的难题：中微子冷却。光子辐射无法穿透的物质，中微子却可以，它甚至可以在中子星内部畅通无阻。中子星要冷却到不发光，至少需要10^16年，是宇宙年龄的一百万倍。如果慢一点的话，用上10^20至10^22年也是有可能的。
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但是宇宙中的大部分恒星，大约99%的恒星是不会变成超新星的。它们在生命的尽头会缓慢地收缩成白矮星。这种缓慢程度虽然是相对于超新星而言，但仍然需要耗费几万至几十万年时间，却也足以把所有恒星内核的热量封存进它内部。不同的是，它的直径和地球差不多，是中子星的一千倍左右。
这意味着白矮星的温度也非常高，在2万K以上，是太阳温度的三倍左右。但是与中子星相比，它们要冷却下来显然要快得多。
白矮星、地球和黑矮星。BBC
在白矮星身上，中微子的逃逸是可以忽略不计的，因此它的表面辐射是唯一有效的降温方式。通过计算我们可以获知，白矮星冷却的时间范围大约是10^14至10^15年。之后它们的温度会下降到接近绝对零度。
也就是说，大约一万亿年后，当宇宙年龄是当前1000倍的时候，白矮星的表面温度会跌至无法再发出可见光。很多很多年以后，宇宙中会出现一种新的天体：黑矮星。
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在当前的宇宙中，温度最低的白矮星失去的热量还不足0.2%。也就是说对于一个诞生时温度为2万K的白矮星来说，它现在的温度至少还有19960K。我们真的还要等待很久很久，才能看到第一颗黑星。
当宇宙中第一颗黑矮星出现时，我们的本星系团已经合并成了一个星系，大部分恒星的燃料已经耗尽，只有那些质量最低的、颜色最红的，也是最昏暗的恒星还在闪耀。
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与此同时，其它星系都已远离我们而去，在我们的视野中消失。生命已经穷途末路。由于新星诞生的速度大大降低，在引力的作用下，恒星和恒星的尸体将不断地被抛出星系。
虽然我们无法经历这一切，但我们却可以预见到。我们不但能够了解当下，还可以了解未来。而这，也正是科学的神奇之处。
Ethan Siegel / 老孙
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