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宇宙探密之恒星演化

已有 11181 次阅读 2008-11-6 14:25 |个人分类:科学探索| 宇宙, 红巨星, 恒星, 星云, 白矮星

    浩淼的宇宙中充满着无数的恒星,一般认为,恒星是由星际物质凝缩而成的。而初试物质始质量和化学成分决定了恒星的演化历程、演化速度和最终归宿。

    据天文观察所得,宇宙中弥漫着大量的星际气体和尘埃物质,其密度不等。在密度大的地方往往形成星际气体云。质量很大的星云在自身引力作用下会很快收缩、密集、升温。当星云质量达到1万倍的太阳质量时,由于密度分布不均匀而变得不稳定。密度大得星云收缩更快,导致大型星云分裂瓦解成中等大小得星云。同理,中等星云又可能碎裂成更小得星云。小星云中密度较大者能够吸引更多得气体和尘埃,并随着引力收缩,引力能转化为热能,内部温度升高。当温度达到2000k时,星云发生塌缩,形成原恒星。这一过程约需要200万年。

 

    原恒星诞生以后,在自身引力作用下继续收缩,内部反应加剧,中心温度增加,开始闪烁发光。随着原恒星得继续演化,内部压强逐渐增大,最终能够阻止塌缩。此时总质量不再增加,星体内部气体处于完全对流状态,原恒星成长为少年星——主序前星。主序前星得内部温度达到30005000K,其引力能的一部分用于维持向外的辐射,一部分用于增加内部的热能,使其内部温度不断升高。

    当恒星内部温度升高到1500K时,发生热核反应,氢聚变为氦,此时的恒星到达零龄主序,即零龄主序星。主序恒星的主要能源是核能,温度和光度将不再有太大的变化。恒星一生90%以上的时间停留在主序星阶段。

    主序星的热核反应是在星体核心区进行的,当反应结束,氢全部聚变为氦时,反应区向外推移,恒星内部热核反应停止。外层物质在引力作用下向内挤压,核心区收缩,温度进一步增高,外层温度到107K时,壳层的氢开始燃烧,推动外面的包层受热膨胀,恒星的体积快速增大到千倍以上,而表面温度则快速下降。此时,恒星演化到红巨星阶段。

    恒星核心区继续收缩,温度升高,到1亿K时,氦开始聚变成碳。大质量恒星若得以充分演化,会依次聚变成为氧、硅等,直到合成最稳定的元素——铁。

    小质量恒星,如太阳,在核能耗尽后,其质量小于1.44M就会演变为白矮星,等收缩到原来半径的几十分之一到百分之一时,中心密度已经很高,电子形成兼并态。当电子气体的压力足以抵住引力收缩时,便达到新的平衡。这时恒星不再收缩,只靠它的剩余热量发光,这种星称为白矮星。随着它的余热逐渐消失,表面温度逐渐降低,慢慢成为红矮星、黑矮星,就无法观测到了。而恒星外层进一步扩张,最后成为行星状星云。

    大质量的红超巨星塌缩后发生大爆炸,形成超新星。超新星爆炸时,外部的物质爆炸出去,形成星云状物质,内部坍缩,形成为中子星。恒星在核能耗尽之后,如果它的质量在1.442M之间,就会成为中子星。如质量超过2M,则平衡态不再存在,星体将无限制地收缩。虽然目前还没有密度大于10/厘米的物质的实验数据,无法推测星体的具体结构,但根据理论可以推断,星体的半径将愈来愈小,密度将愈来愈大,终于达到临界点,这时它的引力之大足以使一切粒子,包括光子,都不能外逸,因而称为黑洞

 





(本文缩用图片来自百度图片,不完全对应文中内容)


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