简要描述恒星的形成和演化过程:恒星的一生是怎样的

简要描述恒星的形成和演化过程:恒星的一生是怎样的(1)

恒星诞生

恒星通常是在星际气体中诞生的。在宇宙中,当星际气体的密度增加到一定程度时,由于其内部引力的增长大于气体压力的增长,这团气体云就开始收缩。这样的倾向一开始,其自身引力使巨量物质的密度普遍增大。巨大质量的星际物质开始变得不稳定。这些巨量的星际气体与尘埃坍缩进行得越来越迅猛,开始分裂形成较小的云团,密度也增大了许多。这些较小的云团最终将各自成为一颗恒星。由于星际物质的质量通常非常巨大,通常在太阳的一万倍以上,所以恒星总是一下子一大批地降生。

 温度达到二千度左右时,氢分子开始分解成为原子。核心开始再度收缩,收缩时释放出的能量将把所有氢分子都分解为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些,不断向中心落下的外围物质最终都要落到这个核心上,一颗质量和太阳一样的恒星就要诞生了。

恒星的开始

在反抗引力的持久斗争中,恒星的主要武器是核能。它的核心就是一颗大核弹,在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡,恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。

恒星的死亡

然而,“恒定”的演化历程终将结束,熊熊烈焰熄灭后,恒星将化为余烬。当所有的氢都变成了氦时,核心的火就没有足够的燃料来维持,恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头,大动荡的时期来到了。

一旦燃料用光,热核反应的速率立即剧减,引力与辐射压之间的平衡被打破了,引力占据了上风。有着氦核和氢外壳的恒星,在自身的重力下开始收缩,压强、密度和温度都随之升高,于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧,外壳开始膨胀,而核心在收缩。最终会变成红巨星

红巨星

简要描述恒星的形成和演化过程:恒星的一生是怎样的(2)

红巨星时期的恒星表面温度相对很低,但极为明亮,因为它们的体积非常巨大。肉眼能看到的最亮的星中有许多就是红巨星,如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。我们的太阳在五十亿或六十亿年后也将变成一个红色“巨人”。当核心的氢耗完时,太阳就开始膨胀,那时水星将化为蒸汽,金星的大气将被吹光,地球上的海洋将沸腾。然后太阳还会继续膨胀,并将地球纳入它的势力范围。地球被烧焦的残骸会继续在巨型太阳灼热而极稀薄的大气里转圈。红巨星外层物质的密度比地球实验室里能得到的最好真空还要低得多。

在恒星大膨胀成为红巨星,热核反应速率也不可逆转的衰减之后,恒星吹出气体并收缩到地球那样大小,即几千公里直径。物质的浓缩使得星体表面温度大为升高,以至真正成为白热。小尺度和高表面温度这两个特征,使这种星得名为白矮星。

白矮星

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白矮星是中等质量恒星演化的终点,在银河系中随处可见。它的质量越大,半径就越小。由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出辐射的同时,也以同样的速率冷却。但是,白矮星本性节俭,它在形成后要经过数十亿年的冷却时间。白矮星的变暗过程是如此之慢,自一百五十亿年前宇宙创生和第一批恒星出现以来,恐怕还没有一个黑矮星形成,这里需要极大的耐心。太阳正处在其主序阶段的中点,还要经过五十亿年才到行星状星云那样的“高龄”,它将再短暂地活跃十万年,然后成为一颗白矮星并在一百亿年中缓慢地死去,最后作为一颗黑矮星而永存。

中子星

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虽然铁核的温度在十亿度以上,却没有能量从中流出。它不足以使超巨星维持引力平衡,铁核就会被压得更紧密,使其中的电子处于简并态。当简并电子的巨大压力能暂时地支持外层的重量时,恒星活动会出现一个间歇。但是当核心里铁和简并电子的质量超过一点四个太阳质量时,电子已简并的核突然塌陷,剧烈收缩,在十分之一秒内温度猛升到五十亿度。涌出的光子带有的巨大能量将铁原子核炸开,蜕变成氦原子核。这个过程叫光致蜕变。光致蜕变使原子核破裂并吸收能量,恒星核心的平衡发生了前所未有的急剧变化,越来越不能抵挡无情的重压,温度持续上升,直到氦核本身也蜕变为其基本成分:质子、中子和电子。

在高温下电子变得更不能阻挡压缩力,在零点一秒内,它们被挤压到与质子结合在一起。二者的电荷相中和,变成为中子,同时迸发出巨大的中微子流。中子的“占据体积”要小得多,两个中子之间的间隔,可以小到十的负十三次方厘米,也就是说,中子可以相互碰到。于是,中子化就伴随有一场物质的内向爆炸和密度朝着简并态的巨大增长。恒星的密度达到每立方厘米十的十四次方克,相当于在一只缝纫顶针里有一亿吨的质量。恒星核里再没有任何“真空”留下,恒星核就成了一种主要由中子组成的巨大原子核,这种远比白矮星紧密的新的物质简并态,就叫做中子星。

黑洞

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在某些质量远大于太阳的恒星的的核心,继续发生着坍缩,但最终形成的并不是中子星,而是黑洞,太阳不会变成黑洞但是依然会毁灭掉太阳系。

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