【星體5】星星晚年會發生甚麼事？

恆星的一生其實不像電影裡那樣只有出生與死亡兩幕，它是一連串的變化：核心的化學成分改變，能量來源轉換，體積時大時小，最後退場的方式也多采多姿。這些過程把熱力學、力學、電磁學、核物理甚至量子力學都牽扯進來。下面用日常的比喻和清晰的步驟，帶你從太陽般的恆星一路看下去，知道為何有的星慢慢變暗，有的星則以巨響收場。

恆星如何「維持平衡」：熱壓力對抗重力

把恆星想像成一個充滿氣體的氣球。內部靠核聚變（簡單說就是把輕元素像氫，合成成較重的元素，過程會放出能量）像爐火一樣提供熱，讓氣體有向外膨脹的力量；重力則像手，往內壓，把氣球往中心拉。當熱壓力和重力達到平衡時，恆星就在一個穩定的狀態，像現在的太陽，稱為「主序星」。

為何會從主序星變成紅巨星？核心堆積更重的元素

想像你在燒一鍋湯，湯鍋底下的配料慢慢沉澱成渣。恆星內部也會發生類似情況：核聚變把氫變成氦，然後再產生更重的元素。這些較重的元素集中在核心，像鍋底的沉澱，導致核心結構改變。核心密度和溫度變化，外層氣體因為內部壓強的重新分配而被推開，整顆星的半徑變大、表面溫度變低、顏色變紅，這就是「紅巨星」階段。

用更生活化的比喻：原本氣球內部有一股穩定的氣流，但當中心換成更重的物料，就像在氣球中心塞了更重的布團，外面的氣體被擠向外層，氣球變大但表面顏色變暗。

紅巨星會吞噬行星嗎？太陽的命運

以太陽為例，預計在約50億年後會進入紅巨星階段。當它膨脹時，最內側的水星和金星會被吞沒；再久一些，地球也會被覆蓋、加熱到不適合生命存在。這裡的「吞噬」不是電影式的爆燃，而是外層氣體擴到行星軌道，把行星包在其中，行星受到高溫和猛烈的物質吹掃，幾乎不可存活。

為何不同質量的恆星會走不同路？燃燒速度與命運

恆星的質量是決定它一生快慢與最後結局的關鍵。質量越大，核心壓力和溫度越高，核聚變像爐火燒得更旺，燃料用得更快；結果是壽命短（可能只有數百萬至數億年）。質量比太陽大很多的恆星會快速越過紅巨星階段，變成超級紅巨星，最後內部難以支撐自重而猛烈塌縮。

行星狀星雲與白矮星：溫柔的退場

像太陽這類中等或較輕的恆星，當它把外層氣體緩慢吹走後，會留下漂亮的「行星狀星雲」（planetary nebula）—外圍一圈被推開的氣體塵埃，中間有一顆非常亮的小核心。這個中間的核心本質上是燃盡燃料後剩下的熱餘溫，大小大約像地球，但質量卻接近太陽，密度極高，我們稱為白矮星。

白矮星沒有進行核聚變（核聚變需要非常高的溫度），它只靠熱輻射慢慢冷卻。像剛燒過的鐵塊，最初很燙很亮，但慢慢變暗變冷。最終若環境沒有再次補給新的氣體，它就會在宇宙中悄然沉默。

在香港學界，郭新教授（香港大學理學院）就是對行星狀星雲研究有貢獻的天文學家，他的工作幫助我們理解這類恆星如何把外層吹走並形成精緻的結構。

超新星：劇烈的收縮與爆發

若恆星本來非常重（遠比太陽重），它在紅巨星或超級紅巨星階段後，核心會發生不可逆的收縮。當核心的質量超過某個臨界值（也就是它內部的壓力再也無法支撐重力），收縮會越來越快，最後像彈簧被拉得過緊突然反彈一樣，引發一次巨大的爆發——這就是超新星。

超新星是宇宙中最壯觀的結局之一：在短時間內釋放出巨量能量，把外層物質拋向太空，並且在爆發中產生許多重元素（像鐵、金等）。超新星不但改變周遭環境，還把生成的元素散播到未來的星和行星中，對化學分布有關鍵影響。

中子星與黑洞：塌縮的極端結果

超新星爆發後剩下的核心會依照原先質量決定命運：若剩餘核心質量適中（比白矮星更重，但不至於太重），收縮會把電子和質子擠成中子，形成極端密集的「中子星」。中子星的密度極高，一茶匙的物質可能重達數億噸，而且有時會呈現規則的脈動或強磁場。

如果核心質量更大，連中子都不能夠提供足夠的抗壓，最終會形成黑洞——一個連光都無法逃離的深井式引力場。黑洞的形成和細節仍有很多研究空間，例如有些超大質量的恆星在崩潰時可能直接或以特殊的爆發（例如伴隨伽瑪射線暴）形成黑洞。

類星體：像星但不是星的強光源

觀測上我們還發現一些極為明亮卻不能用一般恆星來解釋的天體，被稱為類星體（quasar）。它們不是某顆恆星，而通常是被超大質量黑洞吞噬大量物質時所產生的極強輻射。可以把類星體想像成一個超級發電站：黑洞周圍的物質形成盤子摩擦、加熱並發光，亮度遠超整個星系的恆星總和，是天文觀測上的特殊族群，需要另外分類和理解。

我們如何知道這些結局？觀測與理論的配合

天文學家不是坐等未來看太陽變成紅巨星，而是透過觀測宇宙中不同年齡、不同質量的恆星，建立一套對照表。例如我們看到許多正處於紅巨星或行星狀星雲階段的恆星，還有大量超新星的殘跡，這些都像把不同生命階段的照片串成一本相簿。某些變光恆星（例如造父變星）有規律的亮度周期，科學家用它們當作「標準燭光」來測距，進一步將理論和觀測鏈接起來。

結語：恆星的故事仍在繼續

恆星的一生既有溫柔的落幕，也有劇烈的爆發，過程中牽涉到我們在地球上學到的基本物理概念：能量守恆、壓力平衡、熱與輻射、引力與量子壓力等。隨著觀測技術和電腦模擬進步，天文學家會把更多樣的結局細分出來，讓我們理解的不再只是幾條粗略路徑，而是豐富的「生命地圖」。當你在夜空中抬頭，看見那一點點光，它的背後可能正上演著千萬年、跨越元素與能量的戲劇。