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恒星的一生:演化

 cosmos2062 2022-07-14 發(fā)布于廣東

?。?/span>耐心的星星,教給我你們的心境,

你們每晚都攀上這古老的天空,

不留空白,不留陰影,不留傷痕,

也沒有年齡的蹤跡和對死亡的驚恐。

——愛默生

原始星云從誕生之日起,到它逐漸演化為一顆穩(wěn)定的恒星,耗費的時間與星云的質(zhì)量密切相關。星云的質(zhì)量越大,自身的引力就越強,演化到主序星階段的過程就越快。一顆像太陽大小的恒星,它的早期演化階段需要40萬年左右;而一顆質(zhì)量比太陽大五倍的恒星,它的幼年期只有幾萬年;如果恒星的質(zhì)量只有太陽的質(zhì)量的一半,就需要經(jīng)歷漫長的4億年才能進入它的成熟期。

在主序星階段,由于熱核反應維持著光和熱的輻射,恒星的基本性質(zhì)沒有太大的變化,這種狀況一直維持到中心區(qū)域的氫聚變?nèi)剂虾谋M為止。在這個階段,恒星的中心區(qū)域的氫聚變成氦的過程使氦核的數(shù)量不斷增加。當中心區(qū)域的氫基本上耗盡時,主序星階段將結(jié)束,恒星的性質(zhì)將發(fā)生明顯的變化。

恒星在主序星階段的性質(zhì)如何,能夠維持多長的時間,主要取決于恒星的質(zhì)量。質(zhì)量比較大的恒星由于引力較強,需要有較高的溫度才能提供足以抗衡引力的熱壓力,因此,這些恒星的內(nèi)部溫度比較高,因而能夠以較快的速率燃燒它們的氫。一顆質(zhì)量為太陽質(zhì)量的幾十倍的恒星,它的主序星階段只能維持幾百萬年到幾千萬年,是一顆光度大、表面溫度高的藍巨星;質(zhì)量等于幾倍太陽質(zhì)量的恒星將成為一顆白色的或黃紅色的恒星,在主序星階段能夠維持幾十億年;我們的太陽是一顆黃矮星,有長達100年的壽命;質(zhì)量更小的恒星在主序星階段的光度就比較小、表面溫度也比較低,是一顆紅矮星,它們的壽命長達幾千億年到幾萬億年;質(zhì)量小于十分之一太陽質(zhì)量的星云,由于自身的引力小,中心溫度還未達到氫核聚變的條件就停止收縮而穩(wěn)定下來,此后,它們將繼續(xù)緩慢地收縮,并且將引力能釋放出來,最后成為一顆黑矮星。

當恒星的中心區(qū)域的氫基本上耗盡之后,氫聚變反應所提供的能量已經(jīng)不足以維持光和熱的輻射,核心部分的熱壓力就抵擋不住它自身強大的引力了,這時,恒星整體開始迅速收縮。收縮過程使溫度上升,最終使中心區(qū)域的外圍開始氫聚變成氦的反應而穩(wěn)定下來。在中心區(qū)域,由于沒有足夠的熱壓力,物質(zhì)將繼續(xù)收縮,同時釋放出巨大的引力能,其中有一部分用來提高核心部分的溫度,另一部分則使繼續(xù)燃燒的外層膨脹,半徑擴大幾千倍。在這個階段,主序星將轉(zhuǎn)變成體積巨大,密度很小,表面溫度很低,但光度卻很大的紅巨星。如果恒星的質(zhì)量很大,這個階段就會轉(zhuǎn)變成紅超巨星。

一顆紅超巨星

獵戶座α星:距離地球600光年。紅超巨星是恒星走近其生命終點的標志,是超新星的前身。這顆一等亮星是除太陽之外人類直接觀測到其表面的第一顆恒星。

當恒星的中心區(qū)域繼續(xù)收縮時,溫度有可能超過一億度,這時,新一輪的聚變反應開始了,三個氦核在這樣的高溫下將聚變成一個碳核。依靠這種反應所釋放的巨大的能量,恒星繼續(xù)維持著光和熱的輻射。當中心區(qū)域的氦也耗盡之后,它再次收縮,外層區(qū)域再次膨脹。結(jié)果,中心區(qū)域的溫度升得更高,表面溫度降得更低,成為一顆紅超巨星。此后,恒星加快了它的演化步伐,向著其生命的終點進發(fā)。這是恒星演化的終局,它的命運怎樣,將取決于恒星的質(zhì)量。

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