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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。
一颗星球的演变阶段有哪些?
像自然界所有事物一样,星球也会经历从诞生到衰亡的演变过程。
各种星球不同的形态是由于处在演变过程中的不同阶段(如昆虫在它的生长阶段各是卵、幼虫、蛹、蛾几种完全不同的形态一样),行星是由恒星演变而来,宇宙中每个星球的演变都要经过——恒星级“黑洞”—弥漫星云—恒星—红巨星—行星状星云—白矮星—行星—彗星—小行星这样几个阶段。
地球正处在行星阶段中期,当小行星最后化作尘埃飘浮在苍茫太空时,星际中的气体尘埃在快速旋转运动的恒星级“黑洞”吸引下凝聚在一起,又一个星球新的生命周期开始了。
星球演变就是这样循环往复,生生不息。
恒星演化的全过程是什么?
群星之间,并不是空无一物,而是布满了物质,是气体,尘埃或两者的混合物.其中一种低温,不发光的星际尘云,相信是形成恒星的基本材料. 这些黑暗的星际尘云温度很低,约为摄氏-260至-160之间.天文学家发现这类物质如果没有什麼外力的话,这些星际尘云就如天上的云朵,在太空中天长地久的飘著.但是如果有些事情发生,例如邻近有颗超新星爆炸,产生的震波通过星际尘云时,会把它压缩,而使星际尘云的密度增加到可以靠本身的重力持续收缩.这种靠本身重力使体积越缩越小的过程,称为”重力溃缩”.也有一些其他的外力,如银河间的磁力或尘云间的碰撞,也可能使星际云产生重力溃缩. 大约在五十亿年前,一个称为”原始太阳星云”的星际尘云,开始重力溃缩.体积越缩越小,核心的温度也越来越高,密度也越来越大.当体积缩小百万倍后,成为一颗原始恒星,核心区域温度也升高而趋近於摄氏一千万度左右.当这个原始恒星或胎星的核心区域温度高逹一千万度时,触发了氢融合反应时,也就是氢弹爆炸的反应.此时,一颗叫太阳的恒星便诞生了. 经过一连串的核反应,会消耗掉四个氢核,形成一个氦核,而损失了一点点的质量.依据爱因斯坦质量和能量互换的方程式E=MC^2,损失的质量转化为光和热辐射出去,经过一路的碰撞,吸收再发射的过程,最后光和热传到太阳表面,再辐射到太空中一去不返,这也就是我们所看到的太阳辐射.当太阳中心区域氢融合反应产生的能量传到表面时,大部份以可见光的形式辐射到太空. 在五十忆年前刚形成的太阳并不稳定,体积缩胀不定.收缩的重力遭到热膨胀压力的阻挡,有时热膨胀力扬头,超过了重力,恒星大气因此膨胀.但是一膨胀,温度就跟著下降.膨胀过头,导致温度过低,使热膨胀压力挡不住重力,则恒星大气开始收缩.同样的,一收缩,温度就跟著上升,收缩过头,导致温度过高,又使热膨胀压力超过重力, 恒星大气又开始膨胀. 这种膨胀,收缩的过程反覆发生,加上周围还笼罩在云气中,因此亮度变化很不规则.但是胀缩的程度慢慢缩小,最后热膨胀力和收缩力达到平衡,进入稳定期.此时,太阳是一颗黄色的恒星,差不多就像我们现在看到的一样. 太阳进入稳定期后,相当稳定的发出光和热,可以持续一百亿年之久.这期间占太阳一生中的90%,天文学家特称为”主序星”时期.太阳成为一颗黄色主序星,至今己有五十亿年,再过五十亿年,太阳度过一生的黄金岁月后,将进入晚年. 有足够长的稳定期,对行星上的生命发生非常重要.以地球的经验来说,地球太约和太阳同时形成,将近十亿年后才出现生命,经过四十多亿年后,才发展出高等智慧的生物.因此,天文学家要找外星生命,只对生存期超过四十亿的恒星有兴趣. 太阳在晚年将成为红巨星 太阳在晚年时,将己经耗尽核心区域的氢,这时太阳的核心区域都是温度较低的氦,周围包著的一层正在进行氢融合反应,再外围便是太阳的一般物质.氢融合反应产生的光和热,正好和收缩的重力相同.核心区域的氦由於温度较低,而氦的密度又比氢大,所以重力大於热膨胀力而开始收缩,核心区域收缩产生的热散布到外层,加上外层氢融合反应产生的热,使得太阳外部慢慢膨胀,半径增大到吞没水星的范围. 随著太阳的膨胀,其发光散热的表面积也随之增加,表面积扩大后,单位面积所散发的热相对减少,所以太阳一边膨胀,表面温度也随之降到摄氏三千度,在发生的电磁辐射中,以红光最强,所以将呈现一个火红的大太阳,称为”红巨星”. 在红巨星时期的太阳不稳定,外层大气受到扰动会造成膨胀,收缩的脉动效应,而且脉动的周期和体积大小关.想想果冻的情形,轻拍一下果冻,它便会晃动,而且果冻越大,晃动的程度越小.同样的道理,红巨星的体积越大,膨胀,收缩的周期也越长. 简单来说,五十亿年后,太阳核心区域收缩的热将导致外部膨胀,变成一颗红巨星.充满氦的核心区域则持续收缩,温度也随之增加.当核心区域的温度升至一亿度时,开始发生氦融合反应,三个氦经过一连串的核反应后融合成为一个碳,放出比氢融合反应更巨量的光和热,使太阳外层急速膨胀,连地球也吞没了,成为一个体积超大的红色超巨星. 太阳的末路:白矮星 相似的过程是在红色超巨星的核心区域再次发生,碳累积越来越多,碳的密度比氦大,相对的收缩的重力也更大,史的碳构成的核心区域收缩下去.但是当此区域收缩到非常紧密结实的程度,也就是碳原子核周围所有的电子都挤在一起,挤到不能再挤时,这种紧密的压力挡住了重力收缩.虽然此时的温度比摄氏一亿度高很多,但是还没有高到可以产生碳融合反应的地步.因此,太阳核心区域不再收缩,但也没有多余的热使外层膨胀,就如此僵持著,形成了白矮星.由於白矮星的核心没有核融合反应来供给光与热,整个星球越来越暗,逐渐黯淡下去,最后变成一颗不发光的死寂星球----黑矮星.经过理论上的计算,白矮星慢慢冷却变成黑矮星的过程非常漫长,超过一百多亿年,而银河系的形成至今不过一百多亿年,因此天文学家认为银河系还没有老到可以形成黑矮星. 经过计算,太阳体积缩小一百万倍,约像地球一样大时,物质间拥挤的的程度才足以抗拒重力收缩.想想,质量与太阳相当,体积却只有地球大小,很容易算出白矮星的密度比水重一百万倍,也就是说一一方公分的物质约有一公吨重,是非常特别的物质状态,物理学家称为简并状态.原子是由原子核和电子构成.一般人都看过电子围绕原子核的图画或动画,虽然是简化的示意图,却也反映了微小的物质状态.通常电子都在距离原子核很远的地方绕转著,如果温度逐渐降低,或是外力逐渐增加,则电子的活动范围便被押挤而越来越小,逐渐靠近原子核.但是电子与原子核之间的距离有其最小范围,电子不能越过这道界线.就像围绕在玻璃珠周围的沙粒一样,沙粒最多依附在玻璃珠表面,而无法压入玻璃珠中. 同样的,当所有的电子都被迫压挤再原子的表层时,物质状态达到了一个临界,即使在增加压力,也无法将电子往内压挤.这种由电子处於最内层而产生的抗压力称为电子简并压力.依据理论推算,质量小於一点四个太阳质量的星球重力,不足以压垮电子简并压力,因此白矮星的质量不能比一点四个太阳质量更大.到目前为止,所发现的白矮星数量超过数百个,也都符合这个理论.这个上限首先是由一个印度天文学家钱德拉沙哈(Subrahmanyan Chandrasekhar 1910-1995)在1931年利用量子力学所求出来的,因此称为钱式极限(Chandrasekhar’s limit). 当钱德沙哈拉当年提出的这种由电子简并压力挡住重力收缩的星球时,并没有得到赞扬,再英国皇家天文学会在一九三五年所举办的研讨会中,更受到当代大师爱丁顿(Authur Eddington)爵士打压,认为宇宙中并没有这种天体.德拉沙哈受到这个打击后,没有办法在即刊上发表论文,因此他写了一本书<<恒星的结构与演化>>,后来成为这个领域中的经典之作.为什麼要称之为白矮星呢?这是因为第一哥确定的白矮星是天狼星的伴星,颜色属高温的青白色,但是体积如此小,因此称之为白矮星,但是后来陆续发现许多同类的恒星,星光颜色属於温度较低的黄色橙色,但是仍然称它们为白矮星.白矮星因此成为一个专有名词,专指这类由电子简并压力挡住重力收缩的星球. 有关星星历史上的记载与传说 不论中外,有关昂宿星团的记载都超过三千多年,它就是北天最明亮的星团之一.这个看起来模糊的一团天体,我国称之为昂宿,是二十八星宿中的一个.诗经中的<昭南.小星>就已经提到昂宿,<尔雅>释天中也提到西路昂也,昂的意思是毛毛的,所以称之为昂。
史记—天关书中昂曰髦头,就是这个意思。
昂宿星团在日本神话故事中,有许多不同的名称和故事,但大都与农业和渔业有关。
例如在日本有些农业区,当看到昂宿星团与太阳一同升起时,表示到了春天播种的季节。
有些沿海的地区,余名看到昂宿星团升起与落下来决定是否撒网。
而在希腊神话中,七姊妹是擎天神阿特拉斯的女儿,她们是月亮女神阿特密斯的宫女,有一天再草原上玩耍的十,猎户奥莱翁突然闯了进来,七姊妹吓的逃到天上,躲在女神的袖子里,事后女神打开衣袖只见七只鸽子缩成一团。
虽然奥莱翁无法抓到她们,但是他却一直追求著,直到天神宙斯同情而将她们安置在天上,成为七姊妹星团。
从天文学的角度上看,最有可能的情况是第七颗星是一颗变星,原来很亮,后来变暗了。
依据天文学家的研究,昂宿星团是一个行程至今约一亿年的年轻星团,其中包含许多亮度变化不规则的变星。
由於昂宿星团属於年轻的星团,其中一些寿命很短的恒星才刚进入演化末期,这些恒星的亮度大都不稳定,例如金牛座BU星就是一颗亮度变化不规则的变星。
重质量恒星的演化 当这些物质以高速撞击在坚硬无比的内核区域时,产生强大的反弹力,而形成向外传播的震波。
这种情形就像一个人用力拍桌子,越用力,产生反弹力道也越大。
震波以超音速往外震动,挤压外层物质,促使温度急速升高,因此整个星球由内重质量恒星的稳定期依其质量有很大的差别,击中质量恒星的寿命相当短,只有数千万年.质量比太阳大倍以上的恒星寿命大约为数亿年至数十亿年。
重质量恒星短寿的原因是质量大,导致收缩的重力也非常强而有力,使得恒星内和区域温度比较高,连带使核反应速率更劲爆,发出威猛的光与热,造成核星表面的温度比太阳型恒星高数倍以上,向太空辐射的光与热成几何级数增加.当恒星形成时,质量就已经固定,因此恒星发光发热都是在吃老本。
重质量恒星本钱虽比太阳要多,但是其发热的速度却是数十倍以上,显然很快的便耗尽核反应的原料而进入演化的末期. 中子星 原子的直径范围比原子核大上一万倍,所以当电子被挤压进入原子核时,直径就缩小了一万倍以上,体积则缩小了一兆倍以上。
因此,所有物质都成为中子时,体积可以说是小的惊人,密度也大的吓人。
抗压力更是大。
这种以中子紧密压挤在一起的抗压力,称为{中子简并压力}。
依据理论,重质量恒星在演化末期,核心区域的质量如果在二至三个太阳质量之间,则强大的重力会把物质挤压成为中子。
此时星球直径约为三十公里左右,强大的中子简并压力挡住了重力,星球不在收缩成为一个中子星。
说到这里,中子星的故事并不完整,前面只其到恒星中央区域的情形,因此还要加上外层区域的变化情形,才会完整。
经由目前物理学家仍不完全了解的过程,中心区域的物质全被挤压成中子时,星球内部的物质随著强大的重力陷向中心,陷落得速度非常快,核区域到表层的温度都高到能产生核融合反应。
想想,如果地球上所有氢弹同时爆炸的情景。
这可是整个星球都在发生核融合反应,将整个星球炸碎,形成天文学家所说的”超新星爆炸”。
超新星爆炸有如烟火一样四射,只是规模大的多,持续得时间也久,整个超新星爆炸有如烟火一般四射,只是规模大的多,持续的时间也久。
整个超新星爆炸扩散的过程可以持续数千年至数万年之久,阔至张范围渴达数十光年之远。
在银河系中,超新星爆炸是最壮观的事件了。
总结来说,质量比太阳大三倍以上的恒星就可能产生超新星爆炸。
而炸碎后中心留下一个中子星。
中子星主要经由中子构成,直径约为数十公里,密度是水的数千万至一亿倍,真是个异常的星球。
黑洞 质量在六个至八个太阳质量以上的恒星,在演化末期发生超过超新星爆炸时,如果内核区域的质量大於三个太阳质量,则连中子简并压力也抵挡不住强大的重力收缩,物质只好一路收缩下去,目前只有爱因斯坦提出的广义相对论可以解释这种问题。
依据理论,物质缩小到约三公里左右,进入一个连光线都无法脱逃的范围,除了总值量,电核自转外,失去的所有的讯息,理问物理学家称这种奇异的状态为”黑洞”。
既然黑洞不发光,那麼要如何去发现他勒?对於单独的黑洞,物理学家仍想不出好方法,但是如果黑洞是双星系统之一,则可以藉由观测双星的运动来推估看不到的伴星质量,伴星质量超过三个太阳质量而又看不到他,则可能是黑洞了。
在双星系统中,如果其中之一是黑洞,则另外一颗恒星在演化晚期膨胀成为超巨星时,膨胀的物质会被黑洞强大的重力吸引,盘旋般向黑洞陷落。
在盘旋陷落得过程中,形成一个吸积盘。
物质在吸积盘中盘旋陷落得过程中,一路碰撞推挤,半径越来越小,温度也随之升高。
在吸积盘内层温度高达摄氏百万度,发出X光。
因此,天文学家搜索X光双星系统来推算看不见的伴星质量,如果这个看不见的伴星质量超过三个太阳质量,则认为他是黑洞的候选者。
经过科学家近一百年的探究,对恒星结构的演变勾勒出一个轮廓,让我们认识恒星如何演变,步向终局的故事。
其中有的恒星不由自主的步向轰轰烈烈的爆炸,许多元素像是钙,矽,铁等,就藉著超新星爆炸四散成为星际介质。
这些物质在机缘巧合下,化作春泥更护化,经过重力的压缩后,又成为一颗灿烂的恒星,由於有这些元素,因此可以形成类似地球的行星,称命的发生也是要靠这些元素。
例如在人体里面,血的成份有铁,骨骼有钙等,所以天文学家常说:”我们是超新星的子民’’ 回答者:zengzengdede - 助理 二级 8-28 19:58 提问者对于答案的评价: 谢谢 评价已经被关闭 目前有 0 个人评价 好 50% (0) 不好 50% (0) 其他回答共 4 条参考资料:回答者:zhangxuxin8765 - 举人 四级 10-6 07:35提问者对于答案的评价:好好好好好好好好好好好好好好好其他回答共 7 条在群星之间,并不是空无一物,而是布满了物质,是气体,尘埃或两者的混合物.其中一种低温,不发光的星际尘云,相信是形成恒星的基本材料. 这些黑暗的星际尘云温度很低,约为摄氏-260至-160之间.天文学家发现这类物质如果没有什麼外力的话,这些星际尘云就如天上的云朵,在太空中天长地久的飘著.但是如果有些事情发生,例如邻近有颗超新星爆炸,产生的震波通过星际尘云时,会把它压缩,而使星际尘云的密度增加到可以靠本身的重力持续收缩.这种靠本身重力使体积越缩越小的过程,称为”重力溃缩”.也有一些其他的外力,如银河间的磁力或尘云间的碰撞,也可能使星际云产生重力溃缩. 大约在五十亿年前,一个称为”原始太阳星云”的星际尘云,开始重力溃缩.体积越缩越小,核心的温度也越来越高,密度也越来越大.当体积缩小百万倍后,成为一颗原始恒星,核心区域温度也升高而趋近於摄氏一千万度左右.当这个原始恒星或胎星的核心区域温度高逹一千万度时,触发了氢融合反应时,也就是氢弹爆炸的反应.此时,一颗叫太阳的恒星便诞生了. 经过一连串的核反应,会消耗掉四个氢核,形成一个氦核,而损失了一点点的质量.依据爱因斯坦质量和能量互换的方程式E=MC^2,损失的质量转化为光和热辐射出去,经过一路的碰撞,吸收再发射的过程,最后光和热传到太阳表面,再辐射到太空中一去不返,这也就是我们所看到的太阳辐射.当太阳中心区域氢融合反应产生的能量传到表面时,大部份以可见光的形式辐射到太空. 在五十忆年前刚形成的太阳并不稳定,体积缩胀不定.收缩的重力遭到热膨胀压力的阻挡,有时热膨胀力扬头,超过了重力,恒星大气因此膨胀.但是一膨胀,温度就跟著下降.膨胀过头,导致温度过低,使热膨胀压力挡不住重力,则恒星大气开始收缩.同样的,一收缩,温度就跟著上升,收缩过头,导致温度过高,又使热膨胀压力超过重力, 恒星大气又开始膨胀. 这种膨胀,收缩的过程反覆发生,加上周围还笼罩在云气中,因此亮度变化很不规则.但是胀缩的程度慢慢缩小,最后热膨胀力和收缩力达到平衡,进入稳定期.此时,太阳是一颗黄色的恒星,差不多就像我们现在看到的一样. 太阳进入稳定期后,相当稳定的发出光和热,可以持续一百亿年之久.这期间占太阳一生中的90%,天文学家特称为”主序星”时期.太阳成为一颗黄色主序星,至今己有五十亿年,再过五十亿年,太阳度过一生的黄金岁月后,将进入晚年. 有足够长的稳定期,对行星上的生命发生非常重要.以地球的经验来说,地球太约和太阳同时形成,将近十亿年后才出现生命,经过四十多亿年后,才发展出高等智慧的生物.因此,天文学家要找外星生命,只对生存期超过四十亿的恒星有兴趣. 太阳在晚年将成为红巨星 太阳在晚年时,将己经耗尽核心区域的氢,这时太阳的核心区域都是温度较低的氦,周围包著的一层正在进行氢融合反应,再外围便是太阳的一般物质.氢融合反应产生的光和热,正好和收缩的重力相同.核心区域的氦由於温度较低,而氦的密度又比氢大,所以重力大於热膨胀力而开始收缩,核心区域收缩产生的热散布到外层,加上外层氢融合反应产生的热,使得太阳外部慢慢膨胀,半径增大到吞没水星的范围. 随著太阳的膨胀,其发光散热的表面积也随之增加,表面积扩大后,单位面积所散发的热相对减少,所以太阳一边膨胀,表面温度也随之降到摄氏三千度,在发生的电磁辐射中,以红光最强,所以将呈现一个火红的大太阳,称为”红巨星”. 在红巨星时期的太阳不稳定,外层大气受到扰动会造成膨胀,收缩的脉动效应,而且脉动的周期和体积大小关.想想果冻的情形,轻拍一下果冻,它便会晃动,而且果冻越大,晃动的程度越小.同样的道理,红巨星的体积越大,膨胀,收缩的周期也越长. 简单来说,五十亿年后,太阳核心区域收缩的热将导致外部膨胀,变成一颗红巨星.充满氦的核心区域则持续收缩,温度也随之增加.当核心区域的温度升至一亿度时,开始发生氦融合反应,三个氦经过一连串的核反应后融合成为一个碳,放出比氢融合反应更巨量的光和热,使太阳外层急速膨胀,连地球也吞没了,成为一个体积超大的红色超巨星. 太阳的末路:白矮星 相似的过程是在红色超巨星的核心区域再次发生,碳累积越来越多,碳的密度比氦大,相对的收缩的重力也更大,史的碳构成的核心区域收缩下去.但是当此区域收缩到非常紧密结实的程度,也就是碳原子核周围所有的电子都挤在一起,挤到不能再挤时,这种紧密的压力挡住了重力收缩.虽然此时的温度比摄氏一亿度高很多,但是还没有高到可以产生碳融合反应的地步.因此,太阳核心区域不再收缩,但也没有多余的热使外层膨胀,就如此僵持著,形成了白矮星.由於白矮星的核心没有核融合反应来供给光与热,整个星球越来越暗,逐渐黯淡下去,最后变成一颗不发光的死寂星球----黑矮星.经过理论上的计算,白矮星慢慢冷却变成黑矮星的过程非常漫长,超过一百多亿年,而银河系的形成至今不过一百多亿年,因此天文学家认为银河系还没有老到可以形成黑矮星. 经过计算,太阳体积缩小一百万倍,约像地球一样大时,物质间拥挤的的程度才足以抗拒重力收缩.想想,质量与太阳相当,体积却只有地球大小,很容易算出白矮星的密度比水重一百万倍,也就是说一一方公分的物质约有一公吨重,是非常特别的物质状态,物理学家称为简并状态.原子是由原子核和电子构成.一般人都看过电子围绕原子核的图画或动画,虽然是简化的示意图,却也反映了微小的物质状态.通常电子都在距离原子核很远的地方绕转著,如果温度逐渐降低,或是外力逐渐增加,则电子的活动范围便被押挤而越来越小,逐渐靠近原子核.但是电子与原子核之间的距离有其最小范围,电子不能越过这道界线.就像围绕在玻璃珠周围的沙粒一样,沙粒最多依附在玻璃珠表面,而无法压入玻璃珠中. 同样的,当所有的电子都被迫压挤再原子的表层时,物质状态达到了一个临界,即使在增加压力,也无法将电子往内压挤.这种由电子处於最内层而产生的抗压力称为电子简并压力.依据理论推算,质量小於一点四个太阳质量的星球重力,不足以压垮电子简并压力,因此白矮星的质量不能比一点四个太阳质量更大.到目前为止,所发现的白矮星数量超过数百个,也都符合这个理论.这个上限首先是由一个印度天文学家钱德拉沙哈(Subrahmanyan Chandrasekhar 1910-1995)在1931年利用量子力学所求出来的,因此称为钱式极限(Chandrasekhar’s limit). 当钱德沙哈拉当年提出的这种由电子简并压力挡住重力收缩的星球时,并没有得到赞扬,再英国皇家天文学会在一九三五年所举办的研讨会中,更受到当代大师爱丁顿(Authur Eddington)爵士打压,认为宇宙中并没有这种天体.德拉沙哈受到这个打击后,没有办法在即刊上发表论文,因此他写了一本书<<恒星的结构与演化>>,后来成为这个领域中的经典之作.为什麼要称之为白矮星呢?这是因为第一哥确定的白矮星是天狼星的伴星,颜色属高温的青白色,但是体积如此小,因此称之为白矮星,但是后来陆续发现许多同类的恒星,星光颜色属於温度较低的黄色橙色,但是仍然称它们为白矮星.白矮星因此成为一个专有名词,专指这类由电子简并压力挡住重力收缩的星球. 有关星星历史上的记载与传说 不论中外,有关昂宿星团的记载都超过三千多年,它就是北天最明亮的星团之一.这个看起来模糊的一团天体,我国称之为昂宿,是二十八星宿中的一个.诗经中的<昭南.小星>就已经提到昂宿,<尔雅>释天中也提到西路昂也,昂的意思是毛毛的,所以称之为昂。
史记—天关书中昂曰髦头,就是这个意思。
昂宿星团在日本神话故事中,有许多不同的名称和故事,但大都与农业和渔业有关。
例如在日本有些农业区,当看到昂宿星团与太阳一同升起时,表示到了春天播种的季节。
有些沿海的地区,余名看到昂宿星团升起与落下来决定是否撒网。
而在希腊神话中,七姊妹是擎天神阿特拉斯的女儿,她们是月亮女神阿特密斯的宫女,有一天再草原上玩耍的十,猎户奥莱翁突然闯了进来,七姊妹吓的逃到天上,躲在女神的袖子里,事后女神打开衣袖只见七只鸽子缩成一团。
虽然奥莱翁无法抓到她们,但是他却一直追求著,直到天神宙斯同情而将她们安置在天上,成为七姊妹星团。
从天文学的角度上看,最有可能的情况是第七颗星是一颗变星,原来很亮,后来变暗了。
依据天文学家的研究,昂宿星团是一个行程至今约一亿年的年轻星团,其中包含许多亮度变化不规则的变星。
由於昂宿星团属於年轻的星团,其中一些寿命很短的恒星才刚进入演化末期,这些恒星的亮度大都不稳定,例如金牛座BU星就是一颗亮度变化不规则的变星。
重质量恒星的演化 当这些物质以高速撞击在坚硬无比的内核区域时,产生强大的反弹力,而形成向外传播的震波。
这种情形就像一个人用力拍桌子,越用力,产生反弹力道也越大。
震波以超音速往外震动,挤压外层物质,促使温度急速升高,因此整个星球由内重质量恒星的稳定期依其质量有很大的差别,击中质量恒星的寿命相当短,只有数千万年.质量比太阳大倍以上的恒星寿命大约为数亿年至数十亿年。
重质量恒星短寿的原因是质量大,导致收缩的重力也非常强而有力,使得恒星内和区域温度比较高,连带使核反应速率更劲爆,发出威猛的光与热,造成核星表面的温度比太阳型恒星高数倍以上,向太空辐射的光与热成几何级数增加.当恒星形成时,质量就已经固定,因此恒星发光发热都是在吃老本。
重质量恒星本钱虽比太阳要多,但是其发热的速度却是数十倍以上,显然很快的便耗尽核反应的原料而进入演化的末期. 中子星 原子的直径范围比原子核大上一万倍,所以当电子被挤压进入原子核时,直径就缩小了一万倍以上,体积则缩小了一兆倍以上。
因此,所有物质都成为中子时,体积可以说是小的惊人,密度也大的吓人。
抗压力更是大。
这种以中子紧密压挤在一起的抗压力,称为{中子简并压力}。
依据理论,重质量恒星在演化末期,核心区域的质量如果在二至三个太阳质量之间,则强大的重力会把物质挤压成为中子。
此时星球直径约为三十公里左右,强大的中子简并压力挡住了重力,星球不在收缩成为一个中子星。
说到这里,中子星的故事并不完整,前面只其到恒星中央区域的情形,因此还要加上外层区域的变化情形,才会完整。
经由目前物理学家仍不完全了解的过程,中心区域的物质全被挤压成中子时,星球内部的物质随著强大的重力陷向中心,陷落得速度非常快,核区域到表层的温度都高到能产生核融合反应。
想想,如果地球上所有氢弹同时爆炸的情景。
这可是整个星球都在发生核融合反应,将整个星球炸碎,形成天文学家所说的”超新星爆炸”。
超新星爆炸有如烟火一样四射,只是规模大的多,持续得时间也久,整个超新星爆炸有如烟火一般四射,只是规模大的多,持续的时间也久。
整个超新星爆炸扩散的过程可以持续数千年至数万年之久,阔至张范围渴达数十光年之远。
在银河系中,超新星爆炸是最壮观的事件了。
总结来说,质量比太阳大三倍以上的恒星就可能产生超新星爆炸。
而炸碎后中心留下一个中子星。
中子星主要经由中子构成,直径约为数十公里,密度是水的数千万至一亿倍,真是个异常的星球。
黑洞 质量在六个至八个太阳质量以上的恒星,在演化末期发生超过超新星爆炸时,如果内核区域的质量大於三个太阳质量,则连中子简并压力也抵挡不住强大的重力收缩,物质只好一路收缩下去,目前只有爱因斯坦提出的广义相对论可以解释这种问题。
依据理论,物质缩小到约三公里左右,进入一个连光线都无法脱逃的范围,除了总值量,电核自转外,失去的所有的讯息,理问物理学家称这种奇异的状态为”黑洞”。
既然黑洞不发光,那麼要如何去发现他勒?对於单独的黑洞,物理学家仍想不出好方法,但是如果黑洞是双星系统之一,则可以藉由观测双星的运动来推估看不到的伴星质量,伴星质量超过三个太阳质量而又看不到他,则可能是黑洞了。
在双星系统中,如果其中之一是黑洞,则另外一颗恒星在演化晚期膨胀成为超巨星时,膨胀的物质会被黑洞强大的重力吸引,盘旋般向黑洞陷落。
在盘旋陷落得过程中,形成一个吸积盘。
物质在吸积盘中盘旋陷落得过程中,一路碰
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