本文目录导航：
恒星演化简介
恒星演化是一个关于恒星在其生命期内如何变化的理论。
通过引力的控制，恒星的演化趋势是密度的增大和质量的减小。
它们在质量-密度图上移动，但始终保持在虚线方框内。
在不同演化阶段，恒星中心发生的主要热核反应在图A3中显示出来。
恒星的演化最终以三种冷态的可能为终结：白矮星、中子星和黑洞。
质量小于SM的恒星沿A线移动。
在离开氢转变成氦的主序段后，恒星中心的温度和密度上升，直至氦能够聚合成碳。
碳保持沉寂，最后形成白矮星。
质量更大的恒星沿B线演化，其中心的碳燃烧成为镁，并最终形成中子星。
假设的C轨迹可能表示着质量在25M以上的恒星，经过所有热核燃烧阶段后，最终成为黑洞。
恒星演化论是天文学中的理论，由于单一恒星的演化通常需要数十亿年的时间，人类无法完整观测。
因此，目前的理论仍包含部分推测的假说。
天体物理学家通过观察大量恒星，并用计算机模型来模拟恒星的演变，来判断其在生命期的不同阶段。
恒星演化就是一颗恒星诞生，成长成熟到衰老死亡的过程，恒星演化是是十分缓慢的过程。
天文学家根据对各种各样的恒星的观测和理论研究，弄清楚了恒星的一生是怎样从孕育到诞生，再从成长到成熟，最后到衰老、死亡的整个过程。
恒星演化论，是天文学中，关于恒星在其生命期内演化的理论。
主序星阶段恒星内部化学组成的变化
天体生物学·黄姤
在介绍“小质量恒星是如何演化的”内容之前，首先回答几个普遍性的问题：
「 恒星 」 是一个炽热的气体球，它能够长期地保持稳定，这意味着在恒星的内部通过热核反应产生能量，任何一个气体源都处于“热平衡”和“力平衡”的状态，同时改变了恒星自身的组成与结构，气体源所受到的“力”，其中一个最重要的就是“引力”，而引力总是要使得气体源向内运动的，为了保持气体源在原地静止，那么气体源需要一个向外的力，这个力来自于向外的气体压力，或者是辐射的压力，这就意味着这个气体源要具有很高的温度。
图解：“热平衡”和“力平衡”的状态
在恒星内部，特别是在核心区需要一个能源，这个能源就是“热核反应”，通过热核反应产生的热量向外面传输的过程中产生了一个气体压和辐射压，这个两个压力恰好和恒星内部的引力相抗衡，使得恒星能够保持一个稳定的状态，所以核反应是恒星得以生存的重要条件。
同时，核反应也不断地产生新元素，在形成新元素的过程中，恒星内部的结构、组成也相应地变化了，所以恒星的一生实际上是一部与引力做斗争的 历史 剧。
图解：核聚变反应的强度决定恒星的表面温度
在恒星内部产生的是核心氢的热核反应，称为“主序星”，因为它们在“赫罗图”上是位于主序带上面的，在主序星阶段，在恒星核心区所进行的是氢的原子核聚变成为氦原子核同时释放能量的过程，虽然恒星本身质量很大，但是实际上能够用来产生核反应的原料总质量大约只占核心区的1/10，所以要估计一个“主序星”能够维持的时间，可以采用以下的公式来进行计算。
通过计算就可以得到“主序星”能够维持的时间，譬如太阳以目前的光度或者以目前的核反应效率来进行核反应，那么太阳能够维持100亿年，所以对于太阳来说它的主序寿命可以长到100亿年，主序寿命实际上也在很大程度上反映了恒星的寿命，因为恒星在氢原子核发生热核反应所占有的时间，在它一生里面大约占据了90%左右，所以用主序寿命来表示恒星的寿命，估算太阳的寿命大约是100亿年的根据，实际上就是由于氢原子核维持核反应所需要的时间。
图解：通过计算得出太阳的寿命约是100亿年
对于不同质量的恒星，质量越大它内部进行的核反应就越快，它的能量输出就越高，所以能够维持的时间就越短，这就意味着恒星的寿命就越短。
图解：恒星质量与主序寿命示意图
在主序星阶段恒星内部化学组成的变化
在恒星刚刚诞生的时候，它从内到外化学成分是均匀的，氢大约占了70%，氦大约占了28%左右，但是随着恒星核心区域核反应的进行，氢的比例在逐渐地下降，而氦的比例在逐渐地上升，在恒星的核心区氢通过热核反应慢慢地变成了氦，如果在核心区域氢完全变成了氦，这个时候恒星的主序阶段就结束了，在这个核心区域没有氢可以再进行下一步的核反应了，所以恒星从这个时候开始脱离“主序”。
图解：恒星内部氢元素和氦元素成分比率的变化，横坐标是从恒星的核心到恒星的表面。
在“赫罗图”上可以画出太阳一生的变化轨迹，恒星沿着曲线 「 主序带 」 在变化，但是这种变化是有规律的，在主序阶段恒星基本上在这条主序带上发生一些变化，恒星在离开主序阶段之后，它的内部结构会发生变化。
恒星脱离了主序变成巨星阶段
随着核心氢的枯竭，氦核开始收缩，壳内的氢燃料起来了。
恒星开始向右偏移离开主序带向上攀升，这个过程称为“恒星脱离主序变成巨星的过程”，因为恒星的光度明显增加了，体积膨胀了，表面的温度降低，恒星脱离了主序变成巨星。
图解：横坐标是表面的温度，纵坐标是光度
在这个时候恒星的核心是没有进行核反应的，而恒星的内部区域是有进行核反应的，核心区域是前面在主序阶段通过氢热核聚变之后形成氦元素，所以这个时候核心氢已经枯竭了，但是氦的原子核要发生下一步的核反应需要更高的温度，所以恒星一时还达不到那样的条件，那就只能通过收缩的方式来提供它的热量。
收缩所产生的热量在氦原子核还没有核反应之前反而加热了周围的氢原子核而使得氢先开始了核反应，因此在这个时候是壳层的氢开始燃烧了，这个意味着恒星的核反应并不是发生在恒星最中心的区域，而是在包裹着恒星的壳层里面。
在这个区域里面，由于核反应释放的能量比在主序阶段更高，对应的温度也更高，所以恒星开始快速地向上攀升，把恒星变成了一个巨星。
核心氦平稳燃烧的阶段
氦核的收缩会不断地产生热量，会不断地加热恒星，当达到终于可以进行核反应的条件时候以后，氦原子核开始通过质变反应生成“碳原子核”，所以恒星进入了“核心氦平稳燃烧的阶段”，在这个过程中恒星的总体体积会发生收缩、表面温度会增加，因为体积变小了，根据「斯忒藩·玻耳兹曼定律」与恒星表面温度程反相关关系，所以反而增加了恒星表面的温度。
恒星在这个阶段内部是既有氦原子核在核心区的反应，也有在壳层氢原子核的反应，所在恒星是具有“双能源”供给的。
“双壳层”燃烧阶段
当氦原子核全部燃烧变成碳原子核之后，碳的燃烧需要更高的温度，而所以在恒星还没有进行核反应之前，核心的碳发生收缩的过程同样会加热恒星以及外围的区域，所以那些还没有完全变成碳的氦原子核先开始燃烧了，这个时候恒星具有“双壳层”燃烧。
凡是在壳层燃烧的阶段，恒星体积会再次膨胀，同时光度增加、表面温度降低，因此恒星又一次的到达了红巨星的阶段。
对于太阳来讲，到达了红巨星的顶点之后，由于碳核的燃烧需要的温度太高了，对于太阳这样的小质量恒星没有办法使得它满足这样的条件，所以实际上形成了碳或者一部分氧之后，恒星的核心区反应就再也不能进行了，恒星在双壳层燃料的时候会变得很不稳定，会发生脉动的现象，也就是发生膨胀和收缩，同时会有大量的星风物质从恒星的表面流失，这样会快速地把恒星包层剥离掉，于是恒星会剩下一个由碳氧构成的核，向外剥离掉的包层和外面的星际物质相互作用变成了一个“环形状星云”。
图解：沙普利一号环形状星云
在变成环形状星云之后，星云中心遗留下来的是“碳氧核”，这个碳氧核因为没有核反应了，所以它唯一能和引力相抗衡的是通过收缩来不断地释放能量，因此在这个过程里面它对着它的温度会迅速地上升，如果收缩产生的热量无法抵抗引力的话，它最终的结局可能会坍缩成一个“黑洞”。
由碳和氧构成的核心在收缩的过程中也有可能会变成一个特殊的天体“白矮星”，在它的内部电子变得简并了，所以简并所产生的压力可以和引力相抗衡，可以有一个稳定的星体的存在了，因此在白矮星内部的核反应也同样终止了，唯一能够做的就是通过冷却来产生辐射。
以上的三种就是恒星已经经历了或者将要经历的过程。
1.恒星通过内部核反应产生能量抗衡引力。
2.恒星在碳元素形成后核反应也相应地停止了，恒星最终会坍缩成“黑洞”或者“白矮星”。
作者：黄姤
探究恒星的活动现象必须要了解太阳内部的物理过程
恒星内部核燃烧的过程与核燃烧的物理过程
恒星的光度、温度、半径和质量与「主序星」物理量有很好的相关性
#大有学问##新作者扶植计划.第二期##科学燃计划#
恒星的演化过程如何？
超新星爆发以后，相当多的物质重新转化为星际物质，这表面上看来是简单的循环，但是实际上经过一系列核反应以及超新星爆发，比较轻的元素已经合成了重元素，因此在从星际物质形成恒星，而又重返星际物质的时候，重元素的成分就增高了，所以这个过程不是简单的循环和重复，而是新的条件下出现形式上相同、实质上不同的一个发展阶段，是一个否定之否定的辨证发展过程。
恒星演化的研究是从赫罗图开始的。
现在我们回过头来再看看赫罗图，首先我们来看一个像太阳这样的恒星在赫罗图上的演化途径。
在这张图上，圆圈的大小表示恒星的大小，乍看起来，这张图似乎和原来观测到的图并不一致，它的演化路径并不是观测得到的赫罗图上的某一序列，但是我们应该注意，这里的恒星演化路径是对于一个恒星画出的。
把各种不同的星都画上去，情形就不同了。
初始质量不同的星，在赫罗图上的途径和进程是不一样的。
更重要的是，某一种星，在某一阶段也就是赫罗图上某一区域停留时间越长，我们看到这一区域的星便越多。
这就像在展览馆里，人们总是在那些大家感兴趣的展品附近停留时间长，前进速度慢，正是在这些地方人最多，不就是这个道理吗?如果我们画出各种不同初始质量恒星的演化路径，并且用线的粗细来表示停留时间的长短，也就是这种星出现的多少，再来观看这幅图的全局，那正是根据观测得到的赫罗图的样子，所以恒星演化理论完全符合观测的结果。
恒星演化理论是建立在现代物理学的坚实的理论基础之上的科学结果，它的发展是十分迅速的。
在30年代，原子核反应理论的建立就已经突破了难关。
但是由于它需要进行大量的数值计算，在理论体系形成以后，有一段时间，劳动是繁重艰苦的，进展是困难缓慢的。
只是到了50年代和60年代，快速电子计算机的出现，大大加速了它的发展，现在恒星演化理论已经发展成为成熟的理论。
同太阳系起源和演化的研究相比，恒星演化理论的发展迅速而且顺利得多。
为什么竟然对于遥远的恒星比我们自己所在的太阳系的认识反倒更快得多呢?最根本的一条就是，太阳系只有一个，而恒星却有千千万万。
我们可以同时观测到处在不同演化阶段的恒星，看到恒星一生的全过程，空间的广阔弥补了时间的短暂!
不过，恒星演化的探讨并没有完结。
恒星自转和内部物质对流对恒星演化细节的影响还需要仔细考虑；密近双星间的物质交流演化进程有什么作用还在研究之中；红巨星以后的晚期过程还只是描绘了一个粗糙的轮廓，细节的计算需要用未来的更大型的电子计算机才能完成；黑洞仍在寻找之中，而且近20年来，射电天文学和空间天文学的兴起，使各种新类型的天体不断涌现，必然要提出许多的新问题，对于这些新问题的研究，将更大地丰富我们对于恒星演化的知识。
评论（0）