恒星是怎么演化的? - 爱问答

(爱问答)

恒星是怎么演化的?

网上有很多关于红巨星膨胀的解释,但是讲的都不怎么完整。
恒星的聚变强度不是和引力有关吗,引力变小聚变的力度也就变小,如果在恒星老年的时候还没有氦闪,那为什么红巨星的聚变力度会突然变大?如果不是突然,那么恒星是在一直在慢慢膨胀吗?
求解!!!

恒星的演bai化过程要详细说,足可以写成一部很厚的书。
简单地说,恒星的一生都与引力有关。
引力把星际气体云凝聚在一起,形成一大团球形物,内部因引力收缩而产生高温高压,会向外发出红外线。但此时,它还不能称为恒星。当温度和压力达到氢聚变为氦的条件时,氢核聚变反应开始发生,放出的辐射压和能量使球体发光发热,并与向内的引力相平衡,这个气态球体就是一颗恒星了。在赫罗图中,它会出现在主星序上,依恒星的质量不同,它在主星序的位置也不同。但此时的恒星都是主序星,是非常稳定的。
随着恒星中氢的消耗,氦的积累,恒星的内部温度和压力会持续上升,恒星会稍稍变大一些,在主星序上的位置会向上偏左移动,但不会脱离主星序。当内部温度和压力达到氦聚变为碳的条件时,除了氢在聚变外,氦也开始聚变。此时的恒星会膨胀变大。此时,恒星在赫罗图中的位置可能会向上移动,并脱离主星序,进入右上方红巨星区域内。此后,恒星的演化就取决于其质量了。
对于大质量恒星,就是第一张图中左上方的恒星,内部会继续发生碳及更重元素的聚变反应,产生的元素会一直到铁为止。此过程中,恒星继续变大,成为红超巨星。当恒星膨胀到一定程度,内部的铁积累到一定量时,恒星中的各种核聚变反应都会停止。此时,向外的,用于平衡向内引力的辐射压消失,引力迅速占上风,恒星外围物质会以非常高的速度落向恒星内核。但此时的恒星内核都是以电子简并态存在的铁,无法继续压缩,所以当这些物质撞击到铁核上时,就会像弹性碰撞一样,在带给恒星内核以极大的动能的同时,以几乎相同的速度反向冲出恒星,发生剧烈的内爆,就是超新星爆发。这种爆发会把恒星大部分质量抛出恒星,而内核则在提供的动能下,形成一系列比铁更重的元素,如金、银、铜、铅。。。一直到铀。同时内核继续被压缩,把原子核外层的电子都压入原子核内,与质子结合形成中子。电子简并态转化为中子态。整体内核变成了一颗超大的原子核。这种天体称为中子星。如果剩余的质量更大,连中子星都无法形成。恒星核会在中子态的基础上继续被压缩,成为一个理论上的点。此时,这个天体的引力强大到连光线也无法脱离它的表面,不会发光,也不会反射光,这样的天体就像宇宙中一个无底的洞一样,这就是黑洞。
超新星爆发抛出的物质会逐渐消散在宇宙空间,并与原来就有的星际气体云混合起来,共同构成形成下一代恒星的原料。
如果是像太阳一样的小质量恒星,它内部的核聚变反应到形成碳就会终止,虽然恒星也会膨胀变大,但不会像红超巨星那么大。太阳到了晚年时,它会膨胀到现在的火星公转轨道附近。到那时,水星、金星和地球都会被它吞没。然后,膨胀的外层物质会慢慢地消散在宇宙空间,与原有的星际气体云混合起来,共同构成形成下一代恒星的原料。而恒星内核则会暴露出来,成为一颗高温的白色小天体,叫白矮星。
白矮星由于没有能量来源,只会向外辐射能量,所以它的温度会越来越低,直到低到不再向外辐射能量了,成为一颗不会发光的黑矮星。
恒星一生的演化过程大致就是这样。

恒星之初是一团冰冷的气体,对应于光谱光度图的右侧(冷侧)。在自身的引力下,这些气体开始收缩。收缩过程中会逐渐聚合,于是密度和压强就会增大,温度也会升高;达到了临界温度,就会发生氢核聚变,一颗原恒星从此诞生。一颗年轻的恒星表面温度很低。然而,我们通常看不到这些原恒星,因为它们通常被灰尘覆盖,只能发出远红外光谱中的肉眼不可见光,光学望远镜难以探测,寻找原恒星成为红外天文学的重要任务。
当原型恒星在引力作用下继续收缩,它会变得越来越热,在光谱光度图中向左移动。质量不到太阳百分之一“恒星”最终因气体压力而停止收缩。这些恒星被称作“褐矮星”或“巨行星”,就像木星一样。它们不会点燃自身的氢气,相反,会逐渐变暗。这些恒星的生命周期在光谱光度图用向下的曲线表示。
质量大约在0.05至0.07太阳质量之上的恒星在收缩过程中变得越来越热,直到它们的核心足够热以开始燃烧氢气。当一颗恒星“开启”它的氢燃烧阶段时,说明它已达到它生命周期的“主星序”,并且可以算是一颗真正的恒星,而不是原恒星,褐矮星或行星。“主星序”在光谱光度图上以一条曲线表示,代表燃烧氢的恒星,将自身熔化成氦。核心中的融合过程释放热量和光线,保证恒星能抵抗进一步的重力塌缩,并使其发光。恒星生命周期的大部分时间都在“主星序”的一个点上。光谱光度图中,超大质量的恒星位于在“主星序”的顶部,闪耀蓝色且非常明亮的光,而低质量恒星则相对黯淡,发出红色光。我们的太阳介于这两个极端之间。
最终,恒星核中的氢聚合物逐渐耗尽。核心变成大部分氦(氢融合的产物),氢在燃烧中离开核心,在核心周围形成燃烧的壳。这时,核心再次开始塌缩,但是恒星的外部区域被向外推。这颗恒星温度逐渐下降,变得更亮。这是红巨星阶段。当太阳到达红巨星阶段,也就是从现在起约 50亿年后,它可能会变大之后吞噬水星,金星和地球。
白矮星被认为是中、低质量恒星演化阶段的最终产物,在我们所属的星系内97%的恒星都属于这一类。中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段,结束以氢融合反应之后,将在核心进行氦融合,将氦燃烧成碳和氧的3氦过程,并膨胀成为一颗红巨星。如果红巨星没有足够的质量产生能够让碳聚变的更高温度,碳和氧就会在核心堆积起来。在散发出外面数层的气体成为行星状星云之后,留下来的只有核心的部分,这个残骸最终将成为白矮星。因此,白矮星通常都由碳和氧组成。但也有可能核心的温度可以达到使碳聚变却仍不足以使氖聚变的高温,这时就能形成核心由氧、氖和镁组成的白矮星。同样的,有些由氦组成的白矮星是由联星的质量损失造成的。
白矮星的内部不再有物质进行核聚变反应,因此不再有能量产生,也不再由核聚变的热来抵抗重力崩溃;它是由极端高密度的物质产生的电子简并压力来支撑。物理学上,对一颗没有自转的白矮星,电子简并压力能够支撑的最大质量是1.4倍太阳质量,也就是钱德拉塞卡极限。许多碳氧白矮星的质量都接近这个极限的质量,通常经由伴星的质量传递,可能经由所知道的碳引爆过程爆炸成为一颗Ia超新星。
白矮星形成时的温度非常高,目前发现最高温的白矮星是行星状星云NGC 2440中心的HD 62166,表面温度约200,000K,但是因为没有能量的来源,因此将会逐渐释放它的热量并且逐渐变冷,这意味着它的辐射会从最初的高色温随着时间逐渐减小并且转变成红色。经过漫长的时间,白矮星的温度将冷却到光度不再能被看见,成为冷的黑矮星。但是,现在的宇宙仍然太年轻(大约137亿岁),即使是最年老的白矮星依然辐射出数千度K的温度,还没有黑矮星的存在。
中等质量恒星演化成的红巨星在主序后的演化分成两个阶段:其惰性的核心是氦的红巨星分支恒星,和惰性的核心是碳的渐近巨星分支恒星。渐近巨星分支的恒星在燃烧氢的壳层之内还有燃烧氦的壳层,而红巨星分支的恒星只有燃烧氢的壳层。无论在哪一种状态,在含氢壳层中加速的燃烧都会立即超越核心,并且导致恒星的膨胀。外层远离核心向外的膨胀,减少了引力对它们的作用,因此它们的膨胀会比能量增加所导致的更快。这会导致恒星表面温度的下降,恒星的外层也会变得比在主序带时的更红。
红巨星阶段是紧接在离开主序带之后的阶段。起初,因为核心内部的压力还不足以平衡重力,红巨星分支恒星的核心会塌缩。这种重力塌缩释放的能量立即加热惰性核心外围的氢壳层,使得同心壳层内的氢继续燃烧。只有几个太阳质量的红巨星,核心会继续塌缩,直到密度足以使电子的简并压力抗拒重力时才会停止塌缩。一旦出现这种况,核心便达到流体静力平衡:电子的简并压力就足以平衡重力的压力。核心的引力压缩着紧贴在核心外的氢壳层,会使氢燃烧的速率比相同质量的主序星更为快速。这反而使恒星更为明亮(亮度可以增加1,000-10,000倍)并且膨胀;膨胀的程度超过光度的增加,造成有效温度的下降。
对于质量超大的恒星,超过5-10倍的太阳质量,将多次膨胀和塌缩成巨星支(分支),直到恒星准备燃烧铁。但铁融合不释放能量;反而吸收热。所以恒星会在其巨星支阶段继续碰撞,它的铁芯会继续塌缩和加热直到铁准备融合。但是当融合开始时,它会极快的吸收周围的所有热量,使核心变冷。所有的融合戛然而止,恒星内爆。这次内爆是宇宙中最大的爆炸之一:超新星。在一段时间内,单个超新星可以比整个星系更亮。在超新星之后,根据原始恒星的质量,核心可能会留下白矮星,中子星或黑洞。
因此,根据其质量,恒星在行星状星云或超新星中终结其生命,其核心将作为一个高密度的物体留下:白矮星,中子星或黑洞。

1、恒星保持体积不变,需要两种力的平衡作用:核聚变(热核爆炸)产生的向外膨胀的力量;与恒星自身物质向内收缩的引力作用。如果这两种力量是均等的,这时恒星就会处于一个相对稳定的状态,大小、光度基本稳定。
2、恒星是不断损失自身的质量的,我们的太阳每秒钟损失数百万吨的质量(氢聚变损失),这些损失的质量转换为能量。
3、当恒星的氢聚变发展的后期,主序星阶段即将结束,内部的氦核质量是不足以让外层的氢向内收缩的,平衡被打破,恒星就会向外膨胀,直到一个新的引力-斥力平衡点,红巨星。

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