恒星的一生经历了哪些演化阶段 (恒星的一生经历哪些阶段)

admin 2024-12-07 35 0

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恒星的一生经历了哪些演化阶段

恒星的一生经历了多个演化阶段,下面是这些阶段的详细描述:1. 恒星形成阶段:恒星的形成起始于分子云内部的引力不稳定,这种现象可能是由超新星的冲击波触发,或者是两个星系的碰撞(例如星爆星系)。

当某个区域的密度达到或超过金销槐斯不稳定性的标准时,它将因为自身的引力开始坍缩。

分子云一旦开始坍缩,密度较高的尘埃和气体就形成了所谓的包克球,这些球体可能含有高达50倍太阳质量的物质。

随着小球继续坍缩,密度不断增加,引力位能转化为热能,使得温度升高。

当原恒星云接近流体静力平衡时,原恒星在核心形成。

这些主序前星通常伴随着原行星盘,并且主要的能量来源是重力收缩,这一过程至少需要一千万至一千万五百万年。

质量低于2倍太阳质量的早期恒星被称为金牛T星,而质量较大的则是赫比格Ae/Be星。

新生的恒星通过两极喷出的喷流降低角动量,这些喷流可能由附近的大质量恒星辐射驱动,有助于驱散周围残留的云气。

2. 主序星阶段:恒星的大部分生命周期是在主序带上,这里是恒星将氢聚变成氦的高温和高压环境。

在主序带上,这样的恒星被称为矮星。

从零龄主序星开始,氦在核心的比例逐渐增加,核心的核聚变速率也随之增加,恒星表面的温度和亮度保持同步增长。

以太阳为例,据估计,自它进入主序带以来,在它的46亿年生命中,亮度已经增加了大约40%。

每颗恒星都会形成由微粒组成的恒星风,这种质量损失对大多数恒星来说是可以忽略不计的,但对于大质量恒星来说,质量损失显著,可能影响其演化。

恒星进入主序带的质量若超过太阳质量的50倍,在主序带的阶段可能失去一半以上的质量。

恒星在主序带上停留的时间取决于其燃料量和消耗速率,即开始的光度和质量。

对太阳而言,预计它的寿命有一百亿年。

大质量恒星燃烧燃料快,生命周期短;低质量恒星燃烧燃料慢。

质量低于0.25太阳质量的恒星,即红矮星,几乎全部质量都是可燃燃料,但对于1太阳质量的恒星,只有大约10%的质量是燃料。

结合它们缓慢的燃烧速率和可用的燃料量,依据恒星演化的计算,0.25太阳质量的恒星至少可以维持1兆年(10^12年),而对于以氢为燃料的质量最低恒星(0.08太阳质量),将可以持续燃烧12兆年。

3. 红巨星阶段:质量不低于0.4太阳质量的恒星在耗尽核心的氢之后,外层气体开始膨胀并冷却,形成红巨星。

大约50亿年后的太阳,当进入这个阶段,它将膨胀至最大半径,大约是1天文单位(150 × 10^6千米),是现在的250倍。

成为巨星时,太阳大约已失去目前质量的30%。

质量达到2.25太阳质量的红巨星,氢燃烧程序会在围绕核心周围的壳层进行。

最后,核心被压缩至可以进行氦聚变,同时恒星的半径逐渐缩小且表面温度增加。

更大质量的恒星,核心区域会直接从氢聚变进入氦聚变。

在恒星核心的氦耗尽之后,核聚变继续在围绕高热的碳和氧核心的壳层内进行,然后沿着与原来红巨星阶段平行的路径继续演化,但表面温度较高。

4. 超新星阶段:在氦燃烧阶段,质量超过9倍太阳质量的大质量恒星会膨胀成为红超巨星。

一旦核心燃料耗尽,它们会继续燃烧比氦更重的元素。

核心继续收缩直到温度和压力足以让碳融合(参考碳燃烧过程)。

这个过程会继续,直到下一步骤燃烧氖(参考氖燃烧过程)、氧(参考氧燃烧过程)和硅(参考硅燃烧过程)。

在恒星生命接近尾声时,核聚变可能在多层类似洋葱壳的层中发生,每一层燃烧不同的元素燃料,最外层是氢聚变,第二层是氦聚变,依此类推向内。

当大质量恒星将铁制造出来时,就到达了最后阶段,因为铁核的结合能比任何更重的元素都要大。

任何超越铁元素的融合不仅不会释放能量,反而会消耗能量。

同样,它也比较轻的元素紧密,铁核的分裂也不会释放能量。

在较老、质量较大的恒星中,铁的惰性会积累在恒星核心。

在这些恒星中的重元素可能随着自身运作方式到达恒星表面,形成所知的沃尔夫-拉叶星,从大气层向外吹送致密的恒星风。

5. 坍缩阶段:当恒星核心收缩时,表面辐射强度增加,创造出的辐射压将上层气体壳层推外,形成行星状星云。

如果外层大气被推出后,残余质量少于1.4太阳质量,它就会收缩至类似地球大小,称为白矮星。

白矮星缺乏进一步进行引力压缩所需质量。

虽然一般恒星都是等离子体,但在白矮星内的电子简并物质已不是等离子体。

在经历非常漫长的时间后,白矮星最终会暗淡至成为黑矮星。

更大恒星,核聚变会继续进行,直到铁核有足够大小(大于1.4倍太阳质量)而不再能支撑自身质量。

在反β衰变或电子捕获爆发之后,电子进入质子内形成中子、中微子和伽马射线,使核心突然坍缩。

由这种突然坍缩产生的激震波造成恒星剩余部分爆炸成为超新星。

超新星非常明亮,短时间内亮度可与所在星系所有恒星亮度相当。

当它们发生在银河系内,就是历史上曾经肉眼可见和记录,但在之前不存在的新恒星。

超新星爆炸使恒星大部分物质散射出去(形成如蟹状星云这类云气)。

剩下的可能是中子星(有些被证明是波霎或是X-射线爆发),或者在质量最大恒星(剩余质量必须超过4倍太阳质量)会形成黑洞。

中子星内的物质是中子简并物质,以及可能存在核心但极不稳定的简并物质,QCD物质。

物质在黑洞核心所处状态是迄今为止仍不了解的。

垂死恒星抛出外层物质包括一些重元素,可能成为新恒星原料。

这些重元素可以形成岩石行星。

从超新星和大恒星恒星风抛出的物质在星际物质构成中扮演重要角色。

恒星的一生经历了哪些演化阶段 (恒星的一生经历哪些阶段)

恒星演变过程

恒星演变过程?

恒星的演变过程大体可分为如下阶段:

一、主序星以前的阶段--恒星处于幼年时代。

二、主序星阶段--恒星处于壮年期。

三、红巨星阶段--恒星处于中年期。

四、白矮星阶段--恒星处于老年期。

大多数恒星的演化过程,大体是这样度过的。

大质量恒星的演化,在哪些方面与太阳类似,又有哪些不同?

大质量恒星的标准:质量超过太阳质量7-8倍及以上的恒星。

在星际空间里存在着许多稀薄的物质,主要是气体和尘埃,逐渐它们形成星云,星云中主要的物质是氢,其次是氦等。

图1.大质量恒星的生命史 随着外界扰动的推进,星云会逐步向内收缩并且分裂成更小的团块。

这样的过程经历几次后,就会形成很多致密、密度巨大的核。

由于密度巨大且能量巨大,这些核会逐步升温,而核的内部逐渐发生核聚变,没有大的变动的话,恒星就算诞生了。

图2.恒星表面温度和光度的关系 而恒星内部核聚变成为主要能源发展阶段的时候,就是恒星的主序阶段了。

处于主序阶段的恒星,叫做主序星,相对稳定。

质量在太阳质量7-8倍及以上的,会逐步进入红超巨星阶段。

反之,会进入红巨星阶段。

图3.红巨星生命史过程中亮度和表面温度的关系 因为恒星膨胀,能量分布密度也就随之下降。

但红超巨星的半径和红巨星的差距进一步增大,就导致红巨星的表面温度下降的幅度也远不如红超巨星。

能量密度下降幅度没有那么大,就导致红巨星光度急剧增加,而红超巨星并不会。

图4.大质量恒星和中小质量恒星生命史异同 大个头还是更沉稳一些,嗯。

大质量的恒星,会逐步形成轻质量元素在外、重质量元素在内的结构,核心主要是铁。

再往后,核反应的速度就大幅度下降了,这就导致大质量恒星的铁核会向内坍塌,外层部分被向外抛射。

这个过程时间短暂,但能量巨大,我们称之为超新星爆发过程。

爆发后,膨胀的星云会逐步形成新一代恒星的原材料。

而小质量恒星就不同了,会逐步坍缩和暗淡,直至死亡。

大约45.9亿年前,一团氢分子云迅速坍塌,形成了金牛座T星,这边是太阳的襁褓阶段。

因为太阳是黄矮星,按照计算,寿命大约在100亿年-115亿年,所以目前的太阳正处于壮年时期。

而根据超级计算机的计算结果看,太阳在红巨星阶段大约会有10亿年时间,根据第2条里提及的理论,太阳的表面光度会大幅度提升,可能会有如今的几十到上百倍。

恒星是依靠自身核聚变可以发热发光的天体(多指恒星的主序星阶段),不过由于恒星的质量大小不一,恒星自身的演化过程也很不相同。

根据自身质量的不同,恒星又可以分为很多种类,质量在太阳质量的8%到50%之间的恒星是红矮星,这是恒星的质量最小的一类,发光发热都不强,我们在地球上无法用肉眼看到任何一颗红矮星;质量在太阳的50%到80%的恒星是橙矮星,这类恒星发出的光辐射也不强,基本上也无法用肉眼看到;像我们的太阳这样的,质量在太阳的80%到140%的恒星是黄矮星,我们用肉眼能看到的夜空中的黄矮星也非常有限;以黄矮星更大一些的是蓝矮星,更大的还有巨星、超巨星和特超巨星,它们的演化方式和最终结果都是不一样的。

红矮星和橙矮星由于质量较小,内部的氢核聚变相对比较温和,因此这类星体的主序星阶段都比较长,有的红矮星寿命甚至长达万亿年,橙矮星也可以长达几百亿年,当它们内部的氢核聚变结束之后,基本上表现为一个渐渐熄灭的过程,内部也不会形成白矮星之类的天体,当其冷却下来之后,会直接形成一颗黑矮星。

像太阳这样的黄矮星,以及天狼星这样的蓝矮星,当内部的氢元素聚变燃烧得差不多的时候会发生氦闪现象,其外层物质开始向外扩散成为红巨星或者黄巨星,当其主序星阶段之后,其核心位置会形成一颗白矮星,白矮星体积不大,只有地球这么大,不过密度很高,一立方厘米的质量在100公斤到10吨之间,总质量和太阳的质量差不多,由于白矮星不再进行核聚变,所以起温度会慢慢下降,最终会成为一颗黑矮星,不过这个降温过程会长达200亿年,因此无论是红矮星和橙矮星还是黄矮星与蓝矮星,其形成黑矮星的时间都要比宇宙的年龄138亿还长,所以天文学家认为宇宙中至今还没有形成一颗黑矮星。

原始质量在太阳的8到30倍的恒星,在主序星阶段的末期会发生超新星爆发,这一时刻恒星会变得非常明亮,多数会超过整个星系的亮度,之后星体的核心形成一颗中子星,中子星的体积很小,通常只在8-30公里之间,但它的密度比白矮星更大,每立方厘米的质量约在8000万到20亿吨之间。

原始质量大于太阳30倍的恒星,到了主序星阶段的末期,也会发生超新星爆发,但是它并不会形成中子星,而是会形成黑洞,黑洞的质量通常在太阳的三倍以上。

不管大小恒星的生成都是起源于一坨巨大的分子云。

分子云本身的引力会导致从弥漫状态渐渐向中心聚集,如果受到天体事件的扰动,比如超新星大爆炸、天体大碰撞等引力波的扰动,这种聚集就会加快。

随着收缩越来越紧密,中心的压力会越来越大,温度越来越高,中心的引力会越来越大,坍缩的速度成数量级加快,终于温度和压力达到了临界点,引发了这坨收缩越来越紧密巨大分子云中心的氢核聚变,一个恒星胚就诞生了。

这种中心核聚变的膨胀张力与引力巨大的压力相抗衡,会有一段拉扯过程,最终这个恒星内部的核聚变当量会与恒星的质量压力取得一个平衡,这个恒星的主序星阶段就形成了。

所有恒星的形成都大致如此。

恒星的主序星阶段最长,约占恒星寿命的90%时间段。

恒星质量应该符合一定的范围,质量太大或太小都无法成为恒星。

最小的恒星质量应大于太阳质量的7%,达不到这个质量,中心引力压力不足以引发核聚变,所以形成不了恒星;最大的恒星质量不超过300个太阳质量,质量太大,中心核聚变的张力和收缩的压力就很难取得平衡,恒星很难稳定下来,中心的引力抓不住外围的气体物质,质量会损失很快。

恒星的寿命与质量成反比,质量越大的恒星寿命越短,比如目前已知最大质量的恒星叫r136a1,是太阳质量的265倍,寿命只有300万年,现在已经170万岁了,还有约130万年就会寿终正寝。

我们太阳是一颗黄矮星,像太阳这样质量的恒星寿命一般在100亿年左右;而比太阳小的红矮星一般都有几百亿年到上万亿年的寿命,由于它们寿命特长,至今在宇宙中还没有发现任何垂死的红矮星。

太阳现在的年龄约50亿岁,再过约50亿年就会寿终正寝。

届时太阳中心的氢元素消耗殆尽,全部聚变成了氦,氢核聚变停止,维持压力平衡的核聚变张力消失,外围的巨大压力开始急剧向中心挤压,巨大的压力导致了氦核的聚变。

这时中心热力膨胀力大大增大,巨大的热力催动了外围的气体膨胀,太阳变成一个红巨星,半径扩大了200~300倍,吞噬了水星和金星,地球或被吞噬或被烤焦。

最后,中心所有的氦都聚变成了碳,聚变停止,中心急剧收缩,成为了一个只有地球大小的白矮星,重力达到每立方厘米1~10吨。

这时的引力已经不足以聚集外围的气体,这些外围的气体就渐渐飘散到太空,成为新的星云。

硝烟散尽,一个白色炽热小小的白矮星出现在深邃黑暗的太空中,然后慢慢冷却变成一个黑矮星。

比太阳质量大7倍以上的恒星,死亡后就会发生超新星大爆炸,中心残留部分会收缩为直径只有10~20千米的中子星;而大于太阳质量29倍的恒星死亡时超新星大爆炸后,中心残留部分会形成一个黑洞。

大质量天体会发生超新星大爆炸以及变成中子星或者黑洞,是因为在恒星中心完成氦核聚变成碳后,不会像太阳一样停止下来,由于其质量导致的巨大的压力,还会使核聚变一直轮换下去,一直到26号元素铁为止。

由于铁特别的稳定性,聚变就停止了,巨大的压力将外围物质以接近光速的速度向中心坍缩,遇到坚硬的铁壁被同样速率反弹回来,就发生了超新星大爆炸。

这个高压高温的瞬间,会聚变产生一些更重的元素,如金银等,人间财富就是这么来的。

当留下的质量大于1.4个太阳质量时,就会压缩成一个中子星。

中子星是处于中子简并态的特殊天体,中子简并压抵消掉了重力压力,所以就维持了星球的平衡。

如果大爆炸后遗留的质量大于太阳的2~3倍,中子简并压就无法抵消更大的引力压力,就会继续收缩,所有物质坍缩到史瓦西半径以内,就无限的向中心那个奇点坠落,最终成了一个黑洞。

而红矮星由于质量很小,不足以引发氢核聚变完成后的氦核聚变,就不会变成红巨星,而渐渐冷却成一个黑矮星~死星。

但红矮星的寿命很可能要超过宇宙寿命,它的死相如何,谁也看不到。

这就是不同质量恒星演化过程的相似点与不同点。

没研究过这种问题,但凭借一点粗浅的认识猜测一下。

相同的应该是前期过程,这里面应该是物质渐渐的聚集,等到引力足以导致核聚变开始释放能量的过程。

这里应该是过程相似。

不同的应该是两点: 1、大质量恒星应该是聚集得更快,因为引力大物质多,核反应也快,所以物质消耗也快。

2、大质量的恒星在后期有可能生成比较重的元素,等到铁元素开始参与聚变,就是这个恒星死亡的开始。

小质量的恒星可能无法生成较重的元素,消耗慢,可能以恒星状态存在时间更长。

个头大死得快。

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