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一颗恒星的演变过程是什么?
恒星的一生依次为:普通恒星:恒星云——原恒星——主序星——红巨星——爆炸(引力坍缩)——白矮星——黑矮星(熄灭)棕矮星:恒星云——原恒星——棕矮星——黑矮星(熄灭)超大质量恒星:恒星云——原恒星——主序星——红巨星——红超巨星——爆炸(超新星爆发)——中子星/黑洞普通恒星指质量大于太阳质量十分之一到小于太阳质量十倍的恒星、寿命都很长,一般都有几十亿年到一百多亿年。
棕矮星指质量小于太阳质量的十分之一的恒星,无法用热核聚变释放能量,寿命很短。
超大质量恒星指质量大于十倍太阳质量的恒星,寿命也很短,一般只有几千万年。
一般而言,质量越大的恒星寿命越短。
一般低于二十五到三十倍太阳质量的恒星在超新星爆发后变成中子星,更大质量的恒星则变黑洞。
恒星的一生流程图
恒星的一生流程图可以概括为:星云坍缩 -> 原恒星 -> 主序星 -> 红巨星或超巨星 -> 白矮星、中子星或黑洞。
恒星的一生始于一个巨大的气体和尘埃云团,主要由氢气和微量的尘埃组成。
在自身的引力作用下,这片星云逐渐坍缩,密度和压力逐渐增大,温度也逐渐上升。
这个过程可能会持续数百万年。
随着星云继续坍缩,它逐渐形成了一个被称为“原恒星”的热密核心。
原恒星进一步收缩并加热,直到其内部的温度和压力足以触发核聚变反应,此时,它便成为了一颗主序星,如同我们的太阳。
主序星是恒星生命周期中最长且最稳定的阶段。
在这一阶段,恒星通过核聚变反应将氢转化为氦,并释放出巨大的能量。
这个过程可以持续数十亿年,具体时间取决于恒星的质量。
例如,像太阳这样的中等质量恒星,可以在主序阶段持续约100亿年。
随着时间的推移,恒星会消耗掉其核心的大部分氢燃料。
一旦氢燃料耗尽,核聚变反应将减缓,恒星内部的压力下降,导致外部层次向内坍缩。
这个过程会使恒星膨胀并变冷,形成红巨星。
如果恒星的质量足够大,它可能会变成超巨星。
在这一阶段,恒星可能会经历一次或多次氦闪,这是由于其内部的氦突然开始聚变,释放出巨大的能量。
最终,红巨星或超巨星会抛出其外层气体,形成行星状星云,而其核心会坍缩成一颗非常小但密度极高的天体。
如果恒星的质量较小,其核心会变成一个白矮星,这是一种稳定的天体,会逐渐冷却并暗淡下去。
如果恒星的质量较大,其核心可能会变成一个中子星,这是一种由中子构成的极其致密的天体。
而如果恒星的质量极大,其核心则可能会坍缩成一个黑洞,吞噬周围的一切物质,包括光。
这样,一个恒星的生命周期就完成了,从星云的坍缩开始,经历原恒星、主序星、红巨星或超巨星阶段,最终变成一个白矮星、中子星或黑洞。
每个阶段都有其独特的物理特性和演化过程,共同构成了恒星复杂而壮观的一生。
宇宙中的恒星在熄灭之后会有什么样的变化?
在学生时代,我们应该都有从书中了解到,我们每天晚上抬头看夜空,都能看到星光闪闪,漂亮而又不失调皮。其实这些星星基本上都是恒星,而且都是在我们的银河系内,我们所知道的那些星座、星群,也都是由恒星组成的,那么恒星的生命尽头是什么呢?
恒星核聚变示例图
初生的恒星都是有着很强的生命力,它的核心会不断地进行着核聚变反应,持续地向外部爆发能量,但总有一天能量也会消耗完,演化到最后要么是恒星核合成,要么是超新星核合成,要么就变成一种不发光、不发热,密度又很高的白矮星,要么就是在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后发生引力坍缩,最后爆炸而产生的黑洞。
总的来说,恒星的命运不是单一的却堪称曲折。
而我们要的说就是这个白矮星,它其实没有恒星好看,是恒星不再反生核聚变反应后能量耗尽的模样,就好比如从一个年轻的人到老了变成老人的模样一个道理,但是就算是老人也有老人的美,白矮星亦是如此。
科学家最近在我们的银河系又发现了一个神奇的现象:有成千上万的恒星(白矮星)正在变成“水晶”!并且还布满了我们的天空,最主要的是这话不是乱说的,而是已经找到了直接的证据。
其实,白矮星也可以当做恒星,不过为了区别对待,我还是继续叫白矮星,虽然它只是恒星的残留物。我们都知道,虽然白矮星是一个失去光和热的天体,但由于其生命周期中的相变而具有固体氧和碳的核心,类似于水变成冰的那种,但是温度却非常高!
虽然说白矮星是宇宙中最古老的恒星,但它们对科学家来说是一个很有研究意义的对象。
我们可以把它们当作是宇宙的时钟,然后以高精度计算相邻恒星群的年龄,类似的就好比我们如果想要知道一棵树的年龄,我们可以观察树的年轮,拿年轮当作时间计数器,道理其实都是差不多的。
白矮星示例图我们都明白,在那些巨大的恒星死亡之后并脱落外层且在数十亿年中释放其储存的热量时不断冷却之后,白矮星就是它们的产物,也是红色巨星的剩下来的核心。
于是科学家就利用盖亚卫星的观测结果,在距离地球约300到光年的地方选了一些恒星当作白矮星的“候选人”,并分析了恒星的光度和颜色数据。
研究结果发现,特定颜色的恒星数量和光度超出了预期,并且由于潜热大量释放,导致其冷却过程减慢。
在某些情况下,我们可以理解为,这些恒星的衰老速度已经减缓了20亿年,比例占比是银河系年龄的15%。
那么,所有的白矮星都会在它们的演化过程中结晶,而且更大一点质量的白矮星结晶的过程速度会更快。这是不是也意味着我们银河系中已经有了数十亿个白矮星已经完成了这个结晶的过程?而且在我们看过去更像是一个冰球,现在看过去还只是一个不够通透的“冰球”,但是让它们沉淀个100亿年后,或许会成为一颗晶莹剔透的白矮星!
白矮星在凝固过程中
结晶我们都知道,是 液态变成固态的过程,其中的原理是原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体,也叫做晶体。
而在白矮星核心的极端压力下,原子被密集地堆积,使得它们的电子不受束缚,留下由量子控制的导电电子气体以及以流体形式带正电的原子核。
当核心冷却到大约1000万度时,白矮星释放出的能量会使流体慢慢凝固,然后在心脏处形成金属核心,最后碳的外壳会大大增强!
在发现这个直接证据后,我觉得虽然科学家拥有了有凝固时释放热量的证据,但还需要更多的能量释放来检验这个观察的结果。
盖亚卫星
在之前科学家只发现了200左右颗类似这样的白矮星,但是由于盖亚卫星的观测结果使得在获得这些较冷的白矮星以及银河系的老恒星的准确年龄方面迈出了一大步,有多大一步?数据表明,数量从原先的200颗壮大到现在的20万颗,可以说盖亚卫星是这个发现的大功臣!
我们也由此知道,因为结晶使得白矮星的寿命大大延长,恒星的命运虽然不是单一的,就算最终命运是变成白矮星,但从此白矮星不再是恒星的命运终点了!
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