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恒星的一生是怎样的
恒星的一生是从形成到消失。
恒星演化是一个恒星在其生命期内(发光与发热的期间)的连续变化。
生命期则依照星体大小而有所不同。
单一恒星的演化并没有办法完整观察,因为这些过程可能过于缓慢以致于难以察觉。
因此天文学家利用观察许多处于不同生命阶段的恒星,并以计算机模型模拟恒星的演变。
1、以太阳为例: 原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 白矮星 → 黑矮星。
2、质量小于0.08倍太阳质量:原恒星 → 褐矮星。
3、大于1.44倍太阳质量:原恒星 → 主序星 → 红巨星 → (超)新星 → 中子星(行星状星云)→ 黑矮星。
4、大于8倍太阳质量:原恒星 → 主序星 → 红巨星 → 红超巨星 → 脉动变星 → 超新星 → 黑洞/中子星 → 黑洞蒸发/黑矮星。
5、大于120倍太阳质量:核聚变过于剧烈,极不稳定,易解体。
扩展资料:
有关恒星:
以质量来计算,恒星形成时的比率大约是70%的氢和28%的氦,还有少量的其他重元素。
因为铁是很普通的元素,而且谱线很容易测量到,因此典型的重元素测量是根据恒星大气层内铁含量。
由于分子云的重元素丰度是稳定的,只有经由超新星爆炸才会增加,因此测量恒星的化学成分可以推断它的年龄。
重元素的成份或许也可以显示是否有行星系统。
恒星的演变过程是怎样的
恒星的演变过程:诞生、成年期、中年期、衰退期。
诞生:恒星的演化开始于巨分子云。
一个星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子,但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。
一个巨分子云包含数十万到数千万个太阳质量,直径为50到300光年。
成年期:形成主序星,恒星形成之后会落在赫罗图的主星序的特定点上。
小而冷的红矮星会缓慢地燃烧氢,可能在此序列上停留数千亿年,而大而热的超巨星会在仅仅几百万年之后就离开主星序。
中年期:形成红巨星,超巨星。
在形成几百万到几千亿年之后,恒星会消耗完核心中的氢。
大质量的恒星会比小质量的恒星更快消耗完核心的氢。
在消耗完核心中的氢之后,核心部分的核反应会停止,而留下一个氦核。
衰退期:晚年到死亡以三种可能的冷态之一为终结:白矮星,中子星,黑洞。
像太阳类的恒星随着热核物质不断向外喷发,能量丧失,会不会密度逐渐减小,质量逐步下降?
主序星阶段,因为热辐射散发粒子,质量是会下降,而密度大概不会怎么变化,恒星体积太大了。
到恒星晚年的时候,星核内的氢会消耗殆尽,就会熄火。
熄火后恒星的变化就要看主序阶段的质量了。
恒星在燃烧尽星核区的氢之后,就熄火,这时核心区主要是氢,他是燃烧的产物外围区的物质主要是未经燃烧的氢,核心熄火后恒星失去了辐射的能源,它便要引力收缩是一个起关键作用的因素。
一个核燃烧阶段的结束,表明恒星内各处温度都已低于在该处引起点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度升高,这实际上是寻找下一次核点火所需要的温度,引力收缩将使恒星内各处的温度全面的升高,主序后的引力收缩首先点着的不是核心区的氦(它的点火温度高的太多),而是核心与外围之间的氢壳,氢壳点火后,核心区处于高温状态,而仍没核能源,他将继续收缩。
这时,由于核心区释放的引力位能和燃烧中的氢所释放的核能,都需要通过外围不燃烧的氢层必须剧烈地膨胀,即让介质辐射变得更透明。
而氢层膨胀又使恒星的表面温度降低了,所以这是一个光度增加、半径增加、而表面变冷的过程,这个过程是恒星从主星序向红巨星过渡,过程进行到一定程度,氢区中心的温度将达到氢点火的温度,于是又过渡到一个新阶段--氦燃烧阶段。
最后恒星的命运就要看主序星时期的质量了, 在恒星中心发生氦点火前,引力收缩以使它的密度达到了-3的量级,这时气体的压力对温度的依赖很弱,那么核反应释放的能量将使温度升高,而温度升高反过来又加剧核反应速率,于是一旦点火,很快就会燃烧的十分剧烈,以至于爆炸,这种方式的点火称为闪?quot;,因此在现象上会看到恒星光度突然上升到很大,后来又降的很低。
另一方面,当引力收缩时它的密度达不到-3量级,此时气体的压力正比与温度,点火温度升高导致压力升高,核燃烧区就会有所膨胀,而膨胀导致温度降低,因此燃烧就能稳定的进行,所以这两种点火情况对演化进程的影响是不同的。
恒星在发生氦闪光之后又怎么演变呢?闪光使大量能量的释放很可能把恒星外层的氢气都吹走,剩下的是氦的核心区。
氦核心区因膨胀而减小了密度,以后氦就有可能在其中正常的燃烧了。
氦燃烧的产物是碳,在氦熄火后恒星将有一个碳核心区氦外壳,由于剩下的质量太小引力收缩已不能达到碳的点火温度,于是他就结束了以氦燃烧的演化,而走向热死亡。
由于引力塌缩与质量有关,所以质量不同的恒星在演化上是有差别的。
M<0.08M⊙的恒星:氢不能点火,它将没有氦燃烧阶段而直接走向死亡。
0.08<M<0.35M⊙的恒星:氢能点火,氢熄火后,氢核心区将达不到点火温度,从而结束核燃烧阶段。
0.35<M<2.25M⊙的恒星:它的主要特征是氦会点火而出现氦闪光。
2.25<M<4M⊙ 的恒星:氢熄火后氢能正常地燃烧,但熄火后,碳将达不到点火温度。
这里的反应有: 在He反应初期,温度达到108K量级时,CNO循环产生的13C,17O能和4He发生新的(α,n)反应,形成16O和20Ne,在He反应进行了很长时间后,20Ne(p,γ) 21Na(β+,ν) 21Na中的21Na以及14N吸收两个4He形成的22Ne能发生(α,n)反应形成24Mg和25Mg等,这些反应作为能源并不重要,但发出的中子可进一步发生中子核反应。
4<M<8→10M⊙的恒星,这是一个情况不清楚的范围,或许碳不能点火,或许出现碳闪光,或许能正常地燃烧,因为这是最后的中心温度已较高,一些较敏感的因素,如:中微子的能量损失把情况弄得模糊了。
He反应结束后,当中心温度达到109K时,开始发生C,O,Ne 燃烧反应,这主要是C-C反应,O-O反应,以及20Ne的γ,α反应: 8→10M⊙<M的恒星:氢、氦、碳、氧、氖、硅都能逐级正常燃烧。
最后在中心形成一个不能在释放能量的核心区,核心区外面是各种能燃烧而未烧尽的氢元素壳层。
核燃烧阶段结束时,整个恒星呈现由内至外分层(Fe,Si,Mg,Ne,O,C,He,H)结构。
4.恒星的终局现在我们已经知道,对质量小于8→10M⊙的恒星,它会因不能到达下一级和点火温度而结束它的核燃烧阶段;对于质量更大的恒星,它将在核心区耗尽燃料之后结束它的核燃烧阶段,在这以后,恒星的最终归宿是什么? 一旦停止了核燃烧,恒星必定要发生引力收缩,这是因为恒星内部维持力学平衡的压力是与它的温度相联系的。
因此,如果恒星在一?quot;最终的平衡位形,它必须是一个冷的平衡位形,即它的压力与它的温度无关。
主序星核心H耗尽后,离开主序是阶段开始了它最后的历程。
结局主要取决于质量。
对于质量很小的星体由于质量小,物体内部的自引力并不重要,固体内部的平衡是正负离子间的净库仑引力于电子间的压力来达到平衡的。
当星体质量在大些,直到自引力不可忽略时,这时自引力加大了内部的密度和压力,压力的加大是物质发生压力电离,从而逐渐是固体的电约束瓦解,而过渡为等离子气体。
加大质量,即加大密度,此时压力于温度无关,从而达到一种冷的平衡位形,等离子体内电子的动能一大足以在物质内部引起β衰变: 这里p是原子核中的质子,这样的反应大致在密度达到108 -3的时候,它将逐渐地是负离子体中的原子核变为富中子核,原子核中出现过多的中子,导致核结构松散,当密度超过4×-3是中子开始从原子核中分力出来,成为自由中子,自引力于中子间压力达到平衡。
如果当质量变大使中子气体间压力已不能抵御物质自引力,而形成黑洞,但由于大多数恒星演化后阶段使得质量小于它的初始质量,例如恒星风,氦闪光,超新星爆发等,它们会是恒星丢失一个很大的百分比质量,因此,恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的,它实际上取决于演化的进程。
那么我们可以得出这样的结论。
8→10M⊙以下的恒星最终间抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。
8→10M⊙以上的恒星最终将通过星核的引力塌缩而变成中子星或黑洞。
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