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黑暗宇宙中的光明从何而来?

 为什么有的星球会发光?而有的不会?

  球状星团 NGC 5139,亦称半人马座欧米茄星团。ESO

  星球指的应该是那些球状的单一天体。它们是否发光从某种程度上说,是取决于它们的质量,以及它们的演化方式。

  首先看,宇宙大爆炸之后,物质是怎么出现的?根据现在最流行也是接受度最高的理论,宇宙最初还极度炽热的时候,有形的物质是不存在的,那时宇宙中只有能量。随着宇宙的扩张冷却,能量才逐步凝聚成有形的物质。最初有原子核的物质主要是氢。

  有了氢后,宇宙陷入一片黑暗。因为大爆炸的余晖此时已经暗淡,而宇宙中还没有新的光源出现。

  但是慢慢地,弥漫在宇宙中的氢开始在引力的作用下收缩。物质密度较大的地方,密度和质量会进一步变大。质量超过一定的界限后,这些物质团块,便会开始核聚变。核聚变会发光发热。这就是第一代恒星。不透光的氢云也会在恒星辐射的影响下被电离,变得透光。宇宙从此开始变得充满光明。

  NGC 3293星团。ESO

  但是,并不是所有物质在收缩的最终阶段,质量都能达到那个触发核聚变的临界点。有些质量不够大的天体,始终都未能成为恒星,自然也就没有机会发光。

  在这些天体中,有些是和恒星平起平坐的,它们的质量已经很大,但只差那么一点。虽然也有可能微微发光发热,但这样的光热却不是来自名正言顺的核聚变反应,因此也算不上正儿八经的恒星,只能被称为“失败的恒星”。它们的学名是褐矮星,或棕矮星。

  而那些形成于恒星周围的,从恒星形成过程中残留下来的物质中诞生的,围绕着恒星运行的,就是行星。行星由于质量远未达到恒星所需的质量下限,所以基本上也是不会发光的。行星和卫星等天体也可能是明亮的,但它们主要是反射光。

  除此之外,由于有了恒星,宇宙中还演化出多种会发光的天体。它们有的是受恒星辐射影响而发光,比如星云中的一种——发射星云。邻近恒星的辐射,尤其是紫外线,会让它们发生电离,电子的跃迁,会让星云物质发光。

  有些天体发光是因为它们温度太高。比如白矮星,它们是恒星的残骸,虽然它们不再核聚变,但它们的温度极高。

  M67星团中的系外行星(想像图)。ESO

  许多天体事件也会发光,比如超新星爆发,黑洞吞噬物质的过程,以及各种天体的相撞,甚至包括星系和星系团的碰撞。有些光我们可以看到,有些我们是看不到的。因为光的本质是电磁波,而可以看见的光只是电磁波中的一个有限的波段。宇宙中的大部分电磁波,我们的眼睛都看不到,但是各种现代天文望远镜可以看到。

  综上所述,天体发光的原因多种多样,但从根本上说,恒星及其内核的聚变反应,是驱动宇宙变得光明的根本原因;而星球之所以能够成为恒星,与其质量及演化方式有关。

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