揭秘万亿年后宇宙图景：将更适合生命生存
恒星和行星系统将分崩离析；现在极为罕见的天体到了未来将非常常见，而且未来的宇宙将比现在更适合生命生存……数千亿年后，宇宙将会变成这样吗？
撰文 唐纳德•戈德史密斯（Donald Goldsmith）
翻译 谢懿
时间那不可阻挡的脚步，总能激起我们对宇宙遥远未来的思考。但思考的结果通常令人沮丧。50亿年后，太阳会膨胀成一颗红巨星，在缓慢变暗前会吞没内太阳系。但这仅仅是整个未来的一个瞬间的画面――实际上，无穷短。随着天文学家放眼未来，例如幽默作家道格拉斯•亚当斯（Douglas Adams）在《宇宙终点的餐馆》中所写道的“5 760亿年”，他们会看到一个充满了无数正在暗去的天体的宇宙。到那时，空间的加速膨胀会把已经位于我们银河系之外的每一样东西都带到我们的视线之外，留下一个更加空荡的夜空。在1816年的长诗《黑暗》中，拜伦勋爵预见到了这一前景：“明亮的太阳熄灭，而星星则在暗淡的永恒虚空中流离失所。”
但好消息是：黑暗的降临只是故事的一半。恒星形成这个宇宙现象，确实在很久之前就已过了它最光辉的时期，但宇宙并没死去。奇异的新物种将会进入天文学家的动物园。当前罕见的怪异现象（如果有的话）将会司空见惯。宇宙中适宜生命生存的环境，甚至会变得更多。
科学的“末世学”――对极遥远未来的研究――在宇宙学和物理学中具有卓越的历史。这类研究不仅让人着迷，也为检验新理论提供了一个概念上的平台，让一些抽象理论可以变得更为具体――当宇宙学家描述空间形状对宇宙命运的影响时，这个宇宙学上最为抽象的概念也许就更容易理解一些。试图调和关于基本粒子与作用力的不同理论的物理学家预言，只有在数万亿年甚至更久之后，诸如质子衰变和黑洞蒸发的现象才会发生。越来越多天体物理学家也在他们的有关恒星和星系演化的模型中，引入了极为遥远的未来。过去十年里，他们试图再现自大爆炸以来，恒星和星系的形成及其成分变化的方式。随着科学家对过去的认识不断加深，他们可以推测出在遥远的未来，宇宙会发生什么。
恒星的未来
美国加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的恒星形成专家格雷格•劳克林（Greg Laughlin）是研究上述问题的先驱。在读研究生时，他就编写了一个计算机程序，来计算极低质量恒星的演化，但忘记了在达到宇宙目前的年龄之后，让程序停止运算。就这样，这个程序不停地运行，得出了对未来数万亿年的预言――尽管这个预言存在很多错误，但足以让他迷上了这个研究课题。
为了了解恒星的未来，我们需要知道它们是如何形成的。恒星诞生在气体和尘埃云中，这些星云的质量从几十万到数百万个太阳质量不等。这些遍布在银河系中的“恒星育婴室”已诞生了约几千亿颗恒星，最终还会形成数百亿颗。然而，这些业已“出生”的恒星透支了未来：新一代恒星的原始物质正在被耗尽。就算大质量恒星以超新星爆发死亡的形式，向星际空间返还一些物质；就算星系还可以从星系际空间吸积新鲜气体，这些新的物质仍无法重新补足被恒星锁住的物质。目前，银河系中，星际气体的总质量只有恒星的十分之一左右。
今天，银河系中恒星的形成速度接近每年一个太阳质量，但在80亿到100亿年前的鼎盛时期，这一速率至少是目前的10倍。劳克林估计，时间尺度每向前延伸10倍，恒星形成速率就会降低到原来的十分之一。因此在一千亿年后，恒星形成速率会降低到目前的十分之一，而在一万亿年后，这一速率则会降低到眼下的百分之一。
不过，剧烈的变化可能会打乱恒星形成速率不断降低的稳定进程。例如在不久后――“不久”指的是几十亿年后，我们所在的银河系必然会面对汹涌而来的仙女星系，它是距离我们最近的巨型旋涡星系。这两个星系的致密核心区要么会发生碰撞，要么会绕着它们的公共质心转动。这一相互作用会形成“银河仙女星系”。通过搅拌星际气体和尘埃，银河仙女星系会暂时激活恒星形成过程，引发天文学家称之为的“星暴”。一旦这一生长势头过去，这个并合后的系统就会极为类似一个椭圆星系，即一个恒星形成所需物质稀少、恒星形成速率很低的成熟系统。
除了形成数量会减少之外，未来的恒星会显示出它们对原始物质的改变作用。大爆炸的高温熔炉锻造出了氢、氦和锂，而所有更重的元素都是由恒星创造的，尤其是在它们的生命晚期――要么是随着年龄增大会抛射外层物质的红巨星，要么是超新星爆发。红巨星提供了绝大部分较轻且丰度较高的重元素，例如碳、氮和氧，而超新星所能产生的元素则更多，包括铀都是由超新星产生的。所有这些元素都会混入星际气体中已有的元素里，使得下几代的恒星在诞生时就拥有了更多的物质。太阳，这颗年龄为50亿年的、相对年轻的恒星，所拥有的重元素数量是100亿年前形成的恒星的100倍。事实上，一些最老的恒星几乎不含有任何重元素。未来的恒星甚至会含有更多的重元素，这会改变它们内部的运转方式和外观。
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