宇宙耗尽氢以后，还会有新恒星出现吗？褐矮星或将逆袭成功

光明可以战胜黑暗，黑暗还是无法征服光明。”——唐纳德·L·希克斯

在白天，地球上的万物有太阳的滋养；在夜晚，天空也并非一片黑暗，而是挂满了繁星。在宇宙中，无论我们朝哪个方向看，最终都会看到一丝光明。但是宇宙中的恒星最终都会熄灭，只会留下不发出任何可见光的黑矮星（宇宙目前不存在）。虽然黑暗最终会占据上风，但这至少需要数万亿年的时间。

但是问题又来了：我们知道宇宙中还存在“失败的恒星”褐矮星，它们也有双星系统，例如：距离我们大约6光年的Luhman 16，就是一个双褐矮星系统，如果在未来双褐矮星的轨道发生衰减合并，会不会形成一颗红矮星？如果是这样的话，宇宙在未来仍然会有恒星。

未来我们能看到的恒星和星系会越来越少

今天，我们利用现有最好的设备去观察宇宙，很容易会得出这样的结论，宇宙中的“物质”貌似是无限的。因为我们看得越久、看的越远，就会看到越来越多的星系！

无论我们看向天空的任何方向：

1. 1. 在银河系的中心，

2. 2. 在星云或星团的中心，

3. 3. 在我们的银河系之外，

4. 4. 或者即使在一个看起来完全空旷的空白区域，

我们都会发现大量的发光物体。当然，这些发光物体中要么是单个恒星、要么是恒星的集合、要么是星系或星系团。

但是，尽管我们星系中大约有4000亿颗恒星，可观测宇宙中至少有2000亿个星系（这是个下限值），但在未来我们所能看到的星光会越来越少，而不是越来越多。

为什么会这样呢？其有两个原因，一个影响着最远的光源，另一个影响着最近的光源。

• 宇宙由暗能量主导。

我们已经通过三条独立、互不相干的测量方式（宇宙微波背景线、遥远的Ia型超新星和重子声学振荡）确定物质不是我们宇宙中能量的主要形式。相反，组成我们的普通物质和大约五倍于我们的暗物质只占目前总能量的三分之一，其他三分之二是一种新形式的能量，也就是空间本身固有的暗能量。

大约60亿年前，当暗能量主导宇宙膨胀时，距离我们遥远的星系开始以比以前更快的速度远离我们。随着时间的推移，这些星系离我们越来越远，它们今天发出的光在未来的任何时刻都无法到达我们，这是因为在暗能量的作用下空间呈指数级的快速膨胀。

就目前的情况来看，在大约1000亿到1500亿年后，我们所在的星系群（仙女座星系、银河系、三角座星系、麦哲伦星云以及大约40到50个其他矮星系）将会在很长一段时间内融合成一个巨大的椭圆星系。由于暗能量的存在，所有其他的外星系都将加速远离我们，以至于我们再也看不到任何外星系。但在我们的新家园，“银河仙女巨型椭圆星系”（Milkdromeda）中，我们仍然拥有大量的恒星。

但这些恒星只会存在有限的时间，因为…

• 宇宙正在缓慢的消耗恒星的燃料。

现在宇宙中恒星的形成率比以往任何时候都要低：只有数十亿年前峰值的3%。当银河系和仙女座星系合并时，会发生一个恒星形成爆发期（称为星爆星系），但在这之后，恒星形成的速度会急剧下降。

大多数质量较大的恒星将变成超新星，而质量较小、类似太阳的恒星将在行星状星云中吹散外层，而它们的核心则收缩形成白矮星。随着时间的推移，这些超新星和行星状星云会释放出大量未燃尽的燃料（氢和氦），因此，新的恒星将能够在数万亿年的时间里继续形成。然而，恒星的形成速度应该会继续下降，因此从现在开始的数万亿年后，从气体云中形成哪怕是一颗恒星都将是极其罕见的事件。

宇宙中还有大量的“失败恒星”

有一点我们需要考虑：质量最小的恒星其寿命最长。真正的恒星与“失败的恒星”（或褐矮星）之间的分界线在于，它的核心是否能将氢聚变为氦，这需要核心温度至少在400万摄氏度左右。其质量需要大约7.5- 8%的太阳质量，这就代表了褐矮星和红矮星之间的那条线分界线。最低质量的红矮星消耗完自身的燃料需要约20万亿年的时间，寿命比任何其他恒星都要长，就算现在的宇宙年龄在其面前也只能望其项背。

此外，红矮星有最简单的命运：红矮星不是死于灾难性的超新星，也不是在行星状星云中吹散其外层，而是可以将它们100%的氢转化为氦，最终收缩形成氦白矮星。

宇宙中种类最多的恒星是m类恒星，或者说红矮星，大约每4颗恒星中就有3颗属于这一类。考虑到这一点，再加上所有的类太阳恒星将会变成红巨星，脱离外层，变成碳氧白矮星，我们可能会认为，在大约100万亿（10^14）年后，将只剩下白矮星散布在宇宙空间中。

这些白矮星会在大约1 - 10千万亿（10^15或10^16）年内保持“白色”，直到冷却到（通过凯尔文-亥姆霍兹机制）不再发出任何波段的光线，变成黑矮星。这时我们可能会想，这大概就是我们在宇宙中能看到任何光线最后的时间。剩下的就是一片黑暗。

但是近些年我们通过WISE的红外线调查，发现宇宙中除了我们所知道的所有恒星类型外，还有大量的介于气态巨行星和质量最小恒星之间的“失败恒星”。如果我们观察离地球最近的恒星系统，就会发现一个褐矮星双星系统！就像两颗红色的低质量恒星可以合并成一颗更蓝、质量更高的恒星一样，两颗低于燃烧氢质量阈值的褐矮星也可以合并成一颗真正的恒星！

两个褐矮星组成了Luhman 16

那么最大的问题是，它们何时会合并以及还有其他哪些因素可能会改变它们的命运？

由于引力辐射驱动轨道衰变，Luhman 16的褐矮星将需要大约10^60到10^150年的时间螺旋进入彼此并发生合并。据估计，这两个天体的质量约为太阳质量的4%，因此，当它们合并时就会形成一颗真正的恒星。

但是还有另外两件事可能会使得这个特殊系统的命运发生变化。

• 恒星逃离

如果这两颗恒星处于完全孤立的状态，它们最终结果只会螺旋地相互靠近并且合并。但恒星大部分时间都生活在一个由一万亿颗（或更多）恒星和恒星尸体组成的星系中。有些时候，一颗恒星会非常频繁地从这些褐矮星的其中一颗（或两颗）的旁边经过，而每一次的擦肩而过都有机会与其中一颗褐矮星更紧密地结合在一起，并把另外一个褐矮星从系统中踢出去！使得恒星发生逃离，这就是速逃星。

当然，这种情况十分罕见，但只要有足够的时间，即使不可能的事情也会发生。像这样的事件平均发生的时间尺度大约为10^18年。

• 天体可以碰撞，产生壮观的结果！

根据碰撞的情况，可能会发生以下几种情况：如果两颗中子星相撞，就会产生黑洞和伽马射线暴。如果两颗重（碳氧）白矮星相撞，就会产生Ia型超新星。如果两颗轻（氦）白矮星相撞，它们将点燃氦聚变，产生一颗红巨星。如果两个褐矮星相撞，它们要么产生一个更大质量的褐矮星，要么产生一个新的m级红矮星。这样的事件平均事件尺度为10^21年。

所以，除非两颗褐矮星轨道非常接近（从尺度上看，小于水星到太阳的轨道）才能避免另一颗发生逃逸，否则即使是在遥远的未来，两颗褐矮星也不会发生合并。

但只要褐矮星没有被驱逐出去，就有可能与其他天体相撞。考虑到宇宙中既会有氦白矮星碰撞和合并，也会有大量褐矮星碰撞和合并的时间尺度为10^21年，我们有理由假设，即使在最后的恒星燃烧殆尽之后，我们也会在遥远的未来看到偶尔出现的、罕见的新恒星。