有一點不得不澄清:高質量的恒星不是唯一可以爆炸的品種。如太陽一樣質量較小的恒星雖然缺乏產生內核塌縮的條件,但是內核塌縮並不是引起恒星爆炸的唯一原因。
在高質量的恒星中,氦原子通過聚變反應形成碳原子和氧原子。但在低質量的恒星中,這個過程不會發生:沒有足夠的壓力和溫度促成內核中氦的熔合。因此,恒星的內核會不斷累積氦原子,形成一個高密度的球。前麵提到過,非常多的同質顆粒被高強度地擠在一起時會產生奇特的量子力學狀態——簡並。隨著氦的堆積,簡並不斷增強,溫度開始迅速上升(當然,還是不足以把氦熔合為碳和氧)。
我們在前麵還提到過,低質量的恒星會擴張、冷卻,變為一顆紅巨星。如果質量足夠大,氦會熔合為碳,碳堆積到一定程度再開始新的熔合。如果恒星不具備熔合碳所需的質量要求,熔合的過程就告一段落了。
但是,紅巨星的生命還沒有完結。當聚變反應在內核中熱火朝天地進行時,恒星的表麵是另一番場景。隨著體積的不斷增加,恒星表麵的萬有引力迅速下降,那裏的氣體受到的束縛越來越小。與此同時,恒星的亮度也在劇烈增加,表層的氣體吸收了來自內核的能量後,得到一個向外的動力。這個動力可以輕鬆克服已變得很弱的萬有引力,大批氣體開始逃離恒星表麵,射向太空。
密集的氣體流從恒星射出,天文學家稱其為“恒星風”(stellar wind)。紅巨星“吹”出的恒星風非常濃厚,在幾千年內就可以把恒星的外層全部抽幹。和它的自身生命周期比起來,這段時間非常短,可就是在這幾千年裏,紅巨星失去了將近一半的重量。
當這種情況出現,簡並的內核最終將暴露在太空中,它們被稱作“白矮星”(white dwarf)。雖然它可以承載整個恒星的重量,但是由於密度太高,它的個頭比地球還小。白矮星表麵的萬有引力很強,強到讓人難以想象(是地球表麵引力的成百上千倍),一立方英寸的白矮星重達數噸,就像把幾輛汽車壓縮在一個糖盒裏一樣。
在外層的氣體以恒星風的形式脫離後,堅守在星雲中心的就是高度壓縮的白矮星。它的溫度相當高,射出的紫外線給不斷擴張的氣體以能量,使它們發光。從地球上看,這些星雲很神秘,閃著幽靈般的綠光(因氣體內所含的氧氣所致)。由於它們和從接目鏡中看到的遙遠的行星很像,天文學家稱其為“行星狀星雲”(planetary nebulae)。但是這個名稱並不是很恰當,它們其實隻是中等重量的恒星垂死的“喘息”,有一天太陽也會經曆這一階段(在這就不製造不安了,但要提醒你,後麵有一章專門討論這個問題)。
從此往後,這個恒星的生命會相當單調。最終,氣體擴散而去,進入恒星之間孤獨冰冷的空間。再過數十億年,白矮星冷卻,變暗,簡單地了結此生。
不過,對於部分白矮星來說,故事還沒有結束。
天空中的恒星大約有一半處於雙星或多重星係統之中;這些恒星由於相互間的萬有引力聚在一起。設想一下,兩顆和太陽相仿的恒星組成一個雙星係統,它們各自按照特定的軌道運行。由於質量略高於它的伴星,其中一顆恒星“衰老”得更快一些。它先是變為一顆紅巨星,隨著外層氣體的不斷流失,最終成為一顆高密度的白矮星。
另一顆恒星也會經曆相同的過程。不過,當它擴張成紅巨星時,它的伴星已經變為一顆具有相當強的萬有引力的白矮星了。如果白矮星與這個紅巨星離得很近,它的萬有引力能夠把紅巨星上的物質“偷”過來。轉移的物質是主要成分為氫的氣體,它們不斷落到白矮星的表麵,就像地上的雪越積越厚。