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暗物质与宇宙199-星云再生
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宇宙中氢元素约占90%；氦元素约占9%；其他元素约占1%。在历史的长河中，数不尽的恒星，时时刻刻地消耗氢元素，然而，氢气的占比仍高达90%。氢元素一定具有良好的生成机制。
星云是尘埃、氢气、氦气和其他电离气体聚集的星际云，泛指任何天文上的扩散天体。星云通常也是恒星形成的区域，在这个区域形成的气体、尘埃和其他物质聚集在一起。
行星状星云的样子有点像吐的烟圈，中心是空的，而且往往有一颗很亮的恒星。恒星不断向外抛射物质，形成星云。可见，行星状星云是恒星晚年演化的结果。比较著名的有宝瓶座耳轮状星云和天琴座环状星云。
9.5.1恒星抛离物质1758年，梅西耶在巡天搜索彗星的观测中，发现一个在恒星间没有位置变化的云雾状斑块。这块斑形态类似彗星，但它在恒星之间没有位置变化，显然不是彗星。梅西耶将这类发现详细地记录下来。其中第一次发现的金牛座中云雾状斑块被列为第一号。梅西耶建立的星云天体序列，至今仍然在被使用。在经过长期的观察核实后，赫歇尔将这些云雾状的天体命名为星云。由于早期望远镜分辨率不够高，河外星系及一些星团看起来呈云雾状，因此把它们也称之为星云。哈勃测得仙女座大星云距离后，证实某些星云其实是和银河系相似的恒星系统。由于历史习惯，某河外星系有时仍被称为星云，例如大小麦哲伦星云，仙女座大星云等。
星际物质与天体的演化有着密切的联系。观测证实，星际气体主要由氢和氦两种元素构成，这跟恒星的成分是一样的。星际尘埃是一些很小的固态物质，成分包括碳合物、氧化物等。星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。同恒星相比，星云具有质量大、体积大、密度小的特点。一个普通星云的质量至少相当于上千个太阳，半径大约为10光年。
根据理论推算，星云的密度超过一定的限度，就要在引力作用下收缩，体积变小，逐渐聚集成团。恒星形成以后，又可以大量抛射物质到星际空间，成为星云的一部分。所以，恒星与星云在一定条件下是可以互相转化的。
总之，恒星在不同阶段均会向外抛离物质，但不同阶段和不同质量的恒星向外抛离物质量不同。恒星在初始阶段抛离物质较多，在稳定阶段抛离物质较少，在后期死亡阶段抛离物质较多，尤其在红巨星爆发阶段会把核心以外的物质都抛离恒星本体，物质向外扩散成为星云。质量越大的恒星向外抛离的物质越多，尤其是超大质量恒星往往会产生超新星爆发，将其大部分甚至几乎所有物质向外抛散。然而，恒星抛离的物质仍然只占形成星云物质的极小部分。最重要的是，恒星聚变不断将氢元素聚合为重元素，而抛离的重元素始终都是重元素，并没有再生为氢气。也就是说，恒星抛离物质为星云提供形形色色的元素，使宇宙演化更加丰富多彩。
9.5.2超新星爆发质量较大的恒星演化到一定阶段，从中心开始冷却，它没有足够的热量平衡中心引力，结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩，造成外部冷却而红色的层面变热，由于恒星足够大，这些层面就会发生剧烈的爆炸，产生超新星。
超新星爆炸都极其明亮，过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段时间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美。恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一光速的速度向外抛散，并向周围的星际物质辐射激波。这种激波会形成一个膨胀的气体和由尘埃构成的壳状结构，这被称作超新星遗迹。
超新星可以用两种方式之一触发：突然重新点燃核聚变之火的简并恒星，或是大质量恒星核心的引力塌陷。在第一种情况，一颗简并的白矮星可以吸积或合并伴星，提高核心的温度，点燃碳融合，并触发失控的核聚变，将恒星完全摧毁。在第二种情况，大质量恒星的核心可能遭受突然的引力坍缩，释放引力势能，可以发生一次超新星爆炸。
当大质量恒星核心无法抵抗自身引力时，会经历核心坍缩，这是超新星形成的主要原因。这种坍缩会导致恒星的外层剧烈爆炸，核心区引力势能不足而坍塌成中子星。在大量的核心氦后燃烧过程中，产生电子-正子对。这是中子键锁定场态粒子与自由场态粒子相互转化的关键证据。
总之，超新星爆发有两种结果，一种是恒星完全解体为向四周膨胀扩散的气体与尘埃的混合物，最后成为弥散星际物质。另一种是恒星外层解体为向外膨胀的星云，中心遗留下部分物质坍缩为中子星。核心氦后燃烧过程中产生大量电子-正子对有力印证了中子键锁定场态粒子与自由场态粒子的相互转化。超新星是爆发规模最大的变星，并且全部或大部分物质被炸散而形成星云物质。而超新星爆发的比例极低，能够产生的星云物质远远小于恒星所消耗的星云物质，这部分只占再生星云的极小部分，而且也是重元素无法再生为氢气。然而超新星爆发能够产生各种重元素，为宇宙增添了更多的色彩。
9.5.3中子星碰撞在宇宙中，主序星初始质量至少得是太阳质量的8倍才有可能产生中子星。随着恒星逐渐远离主序带，内核的燃烧会产生富含铁的核心。当恒星内部的所有可以支持核聚变的材料耗尽时，恒星内部就必须依赖简并压力支撑自己。核在巨大压力和高温下发生一系列复杂的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来结束生命，这就是天文学中著名的超新星爆发。
当两颗中子星相互靠近时，由于引力辐射的影响，它们会向内盘旋。最终合并成更大质量的中子星，或最后形成黑洞。
中子星作为恒星结束时的特殊天体，当两颗中子星发生碰撞时，它们会在元素周期表中产生比镍和铁更重的元素。中子星在剧烈的碰撞过程中，亚原子粒子的较重元素会被粉碎然后融合在一起。中子星碰撞与爆发不仅释放大量金、银等超重元素，也释放大量氢元素。
当两颗中子星发生碰撞的时候，会发生比超新星爆发更猛烈的爆炸，形成高达3000多亿度的高温，这一时刻会有大量的中子星物质抛撒出来，这些基本是以中子简并态存在的中子物质一旦离开中子星的高温高压环境，中子就会脱离中子简并态，成为自由中子，并衰变成质子和电子而形成一个氢原子。
总之，中子星碰撞为研究恒星演化、核物理和重元素合成等提供关键信息。中子星碰撞既能释放大量金、银等超重元素，也释放氢元素，同时也会释放伽马射线、X射线和宇宙射线等。然而，中子星的碰撞和爆发是较为罕见的天文现象，释放的物质也极为有限。尤其是对于星云中的氢元素再生，中子星碰撞仅仅占到极小部分。然而中子星碰撞是超重元素的最主要来源。地球上存在各种超重元素，这些物质必然来自于中子星，超新星爆发或中子星碰撞也必然早于太阳诞生。
9.5.4黑洞的再生机制大质量的恒星则会变成超新星(Super nova)，最终会成为中子星或黑洞。黑洞是宇宙中的再生机器，不断吞噬物质与能量，能量和物质不断蓄积。能量蓄积到一定程度，内部物质运动速度不断提高，体积不断增大，进而不断向外边喷射物质(见图9.6)。
图9.6黑洞向外边喷射物质
1998年，X射线源XTEJ1550-564曾进行过一场巨大的爆发。物质被高速地喷射入太空，冲击附近的空气并加热它们，使它们在X射线波段产生炽热光芒。这些X射线波段的热点从爆发至今已移动了3光年以上，现在残留下的喷流则已减弱至不可测。一般认为喷流就是沿着黑洞的自转轴喷射出来的。东京大学和日本国立天文台对离地球十亿光年星系中的黑洞进行了一次全方位的观测，发现黑洞中喷出的喷流根部出现了巨大的弯曲，这一现象是以前从来没有发现过的。2013年，夏威夷和美国西部的5部射电望远镜进行观测，而目标黑洞是距离地球53亿光年和73亿光年的两个星系中的不同黑洞。喷出的喷流都在根部出现了明显的弯曲现象。
一项对200多个黑洞的调研发现这些喷流比科学家之前预测的还要凶猛，科学家认为粒子喷流利用了黑洞自身的旋转能。意大利国家天文物理研究所调研来自2008年升空的NASA费米伽马射线太空望远镜的数据，认为吸积盘的亮度和喷流的伽马射线强度之间存在明显线性关系。吸积盘亮度越高，喷流的力量越强。如果算喷射进宇宙的总能量的话，喷流发出的能量是吸积盘的10倍，因此认为喷流肯定有其他能量来源。对于喷流能量来源的解释中，接受度最高的一种解释认为，高速自旋的吸积盘含有大量带电粒子，这些带电粒子在旋转的情况下形成了强大的与黑洞接触的磁场。如果黑洞也在自旋，就会对磁场产生拖拽，在黑洞的旋转极上，磁场被绕成一个紧紧的锥状。也正是因为这个扭曲的磁场，才加速了黑洞中的粒子，让其形成喷流，整个过程的能量来源都是黑洞的旋转能。
总之，无论是局域黑洞，还是星系中心黑洞，都有着类似的形成、发展与循环机制。黑洞核心是高速旋转的致密中子星，由于超高质量与转速，使内层到外层的所有物质均有足够多的时间加速，不会出现断层现象，致使吸积过程漫长而持久。由于转动惯量守恒，所有物质都继承角动量，不断吸积又反向加速旋转。黑洞在环向吸积盘方向不断吸积物质与能量。吸积的物质形色各异，吸收的能量主要包括外围物质被吸积前的势能与电磁波。局域黑洞往往是恒星级的，而星系中心黑洞是十分巨大的。星系内物质都不断向星系中心移动，中心附近恒星高度密集。老年恒星居多，但也不乏青壮年恒星。不断的吸积是压力逐渐攀升，落入黑洞中心的物质的核外电子往往被压缩到原子核，都融入到核心中子星。物质不断堆积致使压力不断攀升。相对于环向扁平吸积盘方向的压力，黑洞极轴方向压力极小，致使黑洞在极轴方向不时形成喷流。喷流的主要成分为中子，喷流后的中子在正常压力下快速衰变成氢元素，进而结合为氢气。黑洞是宇宙的清道夫，不断吸积周围的各种物质。黑洞是宇宙氢元素再生机器，使万物归一，百转千回都化为冷态的氢气。恒星在不同发展阶段都抛离物质，但只有黑洞能使重元素再生为氢元素。
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