太阳 → 白矮星 → 黑矮星 → ？（文字版）

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太阳会变成白矮星，白矮星最终会变成黑矮星，那黑矮星又会变成什么呢？

我们知道，大约50亿年后，太阳会膨胀成一颗红巨星，大到甚至可以覆盖火星轨道。之后，随着外层物质流失，最终它只会剩下一颗小小的核心，也就是白矮星。

白矮星刚形成时，表面温度可以高达十几万度，内部温度更是上亿。在不考虑暗物质和质子衰变的前提下，白矮星由于缺少能量来源，对外辐射只能依靠自身残余的热量，因此接下来它会迎来一个快速冷却期。大概只要十几亿年，白矮星的表面就会从十几万度一下子降到只有几千度。之后，白矮星的冷却速度会逐渐放缓，最终趋近于宇宙背景的温度（也就是接近绝对零度）。该过程时间之漫长远超如今的宇宙年龄，所以迄今为止我们从未见过彻底冷却的白矮星。除了时间上不允许外，此时的白矮星因为已经凉透，几乎无法再向外发出任何辐射，看起来应该就是一个黑漆漆的球，可能和黑洞差不多，只是质量要小得多，引力效应没有黑洞那么明显。这时候再叫它“白矮星”好像已经不太合适，因此科学家给它起了一个更贴切的名字——“黑矮星（Black dwarf）”。那黑矮星就是太阳最终的结局吗？

其实黑矮星是白矮星的一种特殊类型，它本质上还是白矮星（只是温度极低），所以黑矮星的内部物质和白矮星一样，也是电子简并态。所谓电子简并态，就是物质在极高压力下，内部的原子被紧紧压缩在一起。压缩到什么程度呢？此时核外电子甚至突破了自己原本所在的轨道，全都被挤到了紧挨原子核的轨道上。本来原子核之间有着巨大的空隙，如果原子是足球场，那么原子核只是草地上的一只蚂蚁。但现在，处于电子简并态的物质中，电子的活动范围被大大缩小，原子核之间已经不再有那么多空隙。原本一只蚂蚁要见另一只蚂蚁需要穿过一整个足球场，但现在抬头一看，周围全是蚂蚁。

虽然很挤，但黑矮星这种电子简并态天体非常稳定。因为质量有限，它没法把原子的核外电子继续向内挤压，压入原子核，成为中子星。所以对黑矮星来说，电子简并态将会伴随它的一生，直到遇到一种情况——量子隧穿（Quantum tunneling）。

在量子世界，不确定性原理的存在允许让微观粒子出现在任何地方。对于两个已经挨得很近的原子核来说，它们有极低的概率会通过量子隧穿发生融合。虽然这种“冷核聚变”发生的概率非常非常低，但只要时间足够长，再低的概率那也是必然的。而且对于太阳这种中小质量恒星来说，它们通常只能聚变到碳和氧，所以它们形成的白矮星和黑矮星理论上确实还有一定的聚变空间。当黑矮星经历了无法想象的漫长时间后，它内部的碳和氧会逐渐聚变到铁。虽然这种变化发生得极为缓慢，但正是这种缓慢的变化为早已凉透的黑矮星埋下了崩溃的种子。

对于氧和硅来说，它们的质子-中子比例比较均衡，原子核里基本上是一半质子一半中子。但是铁的质子比例就比较低了，质子比中子要少几个。在聚变到铁的过程中，多余的质子会通过俘获电子转化成中子。

（质子 + 电子 中子 + 电子中微子）

每转化一个质子会消耗一个电子，这样每形成一个铁核，大约就会消耗掉2个电子。随着电子被不断“吃掉”，电子数量的减少会导致电子简并压变弱。当简并压不足，内部缺少足够的支撑时，此时早已凉透的黑矮星将被重新“激活”，开始继续向中心坍缩。

黑矮星继续坍缩会发生什么？有两种情况：对于质量比较较大的黑矮星来说，随着核心密度升高，此时铁核开始俘获电子，电子简并压被进一步削弱。当核心密度继续升高，此时原子核的边界开始消失，质子、中子和电子三者逐渐混在一起，最终中子占据了绝大部分比例，此时的黑矮星便成为了一颗中子星。新形成的中子星温度会再次飙升，但该过程更像是一种“回光返照”，很快它就会再次冷却，成为一颗“黑中子星”。

对于小质量黑矮星来说，它的内部已经完全铁化（几乎没有包层），此时坍缩的引力势能无法通过其他方式释放，只能直接向外引爆。于是这颗黑矮星会以类似超新星爆发的方式结束一生，只是亮度要低得多。

不管是哪种情况，在这个过程中，最令人震撼的是时间尺度。有科学家计算，大质量黑矮星会率先“引爆”，时间大约在10^1100年后！没错，“1”后面跟着1100个“0”。而小质量黑矮星的爆发要等得更久，大约会在10^32000年后发生！对于这个时间尺度你可能已经没什么概念，作为对比，霍金辐射够慢了吧，普通的恒星级黑洞被霍金辐射蒸发完也才只需10^67年，就算是星系中心的超大质量黑洞，蒸发时间也不过10^100年左右。也就是说，在遥远的未来，空荡的宇宙中剩下的也许不是一个个黑洞，而是一颗颗的黑矮星。而随着黑矮星的爆炸，世间万物将不复存在。到那时已彻底没有能量流动，宇宙将从此步入热寂时代。

等一下

这么看来，霍金辐射似乎也不是很慢……之前说过，霍金辐射本质上是一种被称为“安鲁效应（Unruh effect）”的现象，该现象不止出现在黑洞身上，任何具有引力场的物体都应该适用。理论上来说，中子星、白矮星甚至是世间万物都存在着霍金辐射，只是这些物体的霍金辐射更加微弱而已。假如白矮星也有霍金辐射的话，那黑矮星还能存活那么久吗？甚至说黑矮星这种天体还会存在吗？

2025年5月，一篇发表于《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上的文章中，研究人员考虑了在没有事件视界的情况下，仅靠时空曲率导致的黑洞蒸发情况。

经过推导他们发现，物体的蒸发时间（τ）与天体密度（ρ）的1.5次方成反比（τ ∝ ρ^-1.5)。据此可以算出，假如不考虑其他因素的话，人体通过霍金辐射蒸发需要10^90年，月球蒸发需要10^89年，白矮星蒸发需要10^78年。可以看出，当把霍金辐射考虑进来后，白矮星的寿命其实远没有想象的那么久（也就和恒星级黑洞差不多），根本等不到变成黑矮星的那一天。如果宇宙中不会出现黑矮星，那这也意味着，宇宙的末日或许比我们预想的要更早到来。

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