登陆注册
588300000046

第46章 宇宙中的生命舞蹈—恒星的演化

 恒星的起源

经过多年的观测,天文学家发现我们银河系中许多美丽的、由气体和尘埃组成的星际云是恒星诞生的场所。猎户座大星云就是一个很好的例子,被称为猎户座四边形的四颗星是在非常近的时期里才凝聚成的。当尘埃和分子云的某一部分的密度比云的平均密度稍高时,新生星的形成过程便开始了。这一区域物质的自引力作用驱使云集聚起来形成团块,当团块继续向里收缩时,其密度、温度和内部压力均在增加,当内部压力大到与自引力平衡时,收缩过程停止,星云中出现了许多热而相对密集的稳定区域。天文学家已在一些亮星云的背景上观测到许多小而圆的暗星云状物质,被称为球状体的斑点,也称为博克球状体,因美国已故天文学家B·J·博克的研究而得名。

在太阳附近1 600光年的范围内已探测到200多个球状体,它们的质量在20~200倍太阳质量之间,直径从1到4光年,温度为5~15K,通过近红外以及一氧化碳、甲醛和氨分子等特征射电辐射的探测,人们发现这些球状体正以每秒500多千米的速度在其自身引力的作用下向里收缩,当球状体的外层从不断引力收缩所得到的能量辐射到周围空间去以后,外层也就落入星体中去了。到这时,一颗发光的球状体就变为了一颗原恒星了。原恒星继续收缩,星体内部温度不断升高,待中心温度达到500万K以上时,原恒星变成一个表面温度为几千K的发光的星球。对于一个主要由氢组成的浓密星球,当中心部分的温度高达10+7K时,氢聚变为氦的核反应便发生了,恒星开始进入其“壮年”期,即天文学家常说的“主序”阶段。

 恒星的主星序阶段

恒星进入主星序阶段后,就开始了一个比较长的相对稳定的时期,恒星基本上不膨胀也不收缩。质量越大,光度也越大,能量消耗越快,恒星停留于主星序的时间越短,最短的只有10+7年,最长的约10+{13}年。太阳停留在主星序阶段的时间约为100亿年。对于质量小于1.5m⊙的恒星,内部核反应以质子—质子(PP)反应为主;对于质量大于1.5m⊙的恒星,内部核反应以碳氮(CN)循环为主。对于太阳,目前PP反应约占96%,CN循环约占4%。根据恒星内部结构理论,在恒星中心部分氢聚变为氦的过程中,当氦的质量逐渐增到总质量的12%时,恒星就开始离开主星序进入下一阶段。

主星序阶段是恒星演化的一生中最稳定、历时最长的阶段。太阳质量大小的恒星有足够的氢燃料,能保证其在100亿年间不断地“燃烧”发光。我们的太阳从成为恒星之日起至今已50亿岁了,目前正在这一演化的中途。50亿年后,当核心的氢燃料耗尽时,它将膨胀成为一红巨星,胀大到把水星、金星乃至地球都吞没进去,同时其表面温度将从现在的6000K下降到3500K,但由于其巨大的体表,将比现在亮百倍。目前,在天空中便有许多红巨星,最有名的是金牛星座最亮的星毕宿五和牧夫星座最亮的星大角星。质量比太阳大的恒星消耗其能量的速度要比太阳快得多,一个6倍于太阳质量的恒星从其氢燃料获得能量只能有几千万年,反之,质量比太阳为小的恒星,它们停留在主星序上的时间要长得多。

 恒星的结局

著名天文学家史瓦西曾把小质量恒星比作一群穷人,他们钱少,但花钱很节俭,日子过得就长些;大质量恒星是富翁,他们钱多,但花钱很铺张,日子反而过不长。恒星停留在主星序的位置,也是由原恒星的初始质量决定的:大质量原恒星停留在赫罗图主星序的上部,质量比太阳小的原恒星则停留在赫罗图主星序的下部。

若星体的质量小于0.08m⊙,则内部温度和密度将不够高,不足以开动氢聚变循环反应,只能靠引力收缩来发光。这种星体不经过主星序阶段,而是直接由红矮星转化为黑矮星。一个天体,没经历相对稳定的主星序阶段就不能称为恒星。

恒星演化到红巨星以后,便逐步进入“中老年”了。红巨星的体积虽然很大,但核心部分却收缩而变得更热,当温度达到约10+8K时,氦开始聚变为碳——所谓氦闪,此后,热核聚变反应逐一地将碳聚变为氮,氮再聚变为氧等,经过原子序数越来越大的元素,直至当硅核聚变为原子序数为26的铁,这时中心温度达到了2×10+9K以上。

自然界在元素铁处设置了一种极限。我们已经知道,核反应的参与元素愈重,产能愈少。恒星中的核反应堆到铁原子核就停产了。对于铁原子核,如果人们用恒星中存在的别的原子核去加以熔炼,非但不会产生能量,相反还要为此耗费能量。即使要把它打碎,人们也必须给它输送能量。这是由于原子核的一种特性所致。重核,例如铀原子核是在裂变时产能,反应所得原子核的重量更接近于较轻元素铁原子核的重量;轻核则是在聚变时产能,即所生新核的重量更接近于铁原子核的重量。惟独由铁本身来提取核能是不行的。

那么,当大质量恒星中元素聚变的过程进行到中心区成为气态铁,组成的一个球体时,将会发生什么变化呢(参见图3-14左方)铁原子核会捕获气体中来回飞驰的电子,铁球就收缩。这是因为其中重力与气体压力本来相互平衡,电子是形成气体压力的主因。当电子被捕获消失在原子核中时,重力对比气体压力就占上风,直到恒星中心区的气态铁球终于崩陷坍缩。人们推测,铁球中的物质积聚到约为太阳质量的1.5倍时就开始了这种演变,它一直持续下去,直到在极高密度条件下各种基本粒子充分挤压,终于使所有的质子和电子都合并成了中子,于是只剩下了中子物质:恒星内部的高密气态铁球变成了中子星。这种事件所释放的惊人能量可能把该星的外壳物质以巨大的速度抛向空间。恒星爆炸了,烟云向各方飞散,当中留下一颗中子星。这颗星以一次超新星爆发结束了它的一生。

超新星爆发前的可能阶段在爆发或损失质量后,恒星的最终归宿不外乎下面三种命运之一:(1)质量不大于太阳1.4倍的恒星将成为一颗白矮星,这种星具有很高的密度(每立方厘米10+5~10+7克),以致电子是简并态的(被压得挤在一起了),但星球的直径只有几千千米。(2)质量在1.4至3倍太阳质量的恒星将成为一颗中子星,星体中的质子与电子结合成为中子,其密度更高(外层:每立方厘米10+{11}~10+{14}克。核心:每立方厘米10+{16}克),中子处于简并态,典型中子星的直径只有十几千米。(3)一个黑洞,在黑洞中,恒星的物质收缩到如此高的密度,以致光线不再能从其中逃逸出来。在大于3倍太阳质量的恒星中,简并压力不足以支持星对于引力的抗衡,因此,如果更大质量的恒星在其爆发过程中不能喷洒出它的大部分质量的话,最终必将成为黑洞(图3-15)。所以,恒星死亡之后留下的必定是白矮星、中子星、黑洞中的一种。至此,恒星结束了自己轰轰烈烈的一生。

同类推荐
  • 细说趣说万事万物由来大全集

    细说趣说万事万物由来大全集

    ??????????????????????????????????????顣???????????
  • 低碳农业:引领农业新时尚

    低碳农业:引领农业新时尚

    《低碳农业——引领农业新时尚(典藏版)》由徐帮学主编,旨在引导新时代的青少年一起行动起来,为了我们共同的家园,用自己的实际行动把生活耗用能量降到最低,从而减少二氧化碳的排放,实现绿色低碳生活。低碳生活是一种态度,也是一种责任,更是一种爱,让我们的爱更宽广,更包容,更细致吧!营造一个低碳的交通环境不仅是为了我们自己,更是为了造福后代。低碳减排,从我做起,从身边小事做起吧。
  • 震撼世界的100个科学发现(上)

    震撼世界的100个科学发现(上)

    人类的历史,犹如一串华美的项链,是由无数大大小小的事件连接而成的。那一个个辉煌的瞬间,便是历史链条中璀灿的宝石与珍珠,它熠熠生辉,警示着后人。
  • 地理如果这样看

    地理如果这样看

    本书介绍了难以走出的死亡谷、死亡谷的奇怪走石、地震中的奇闻、世界最大的珊瑚岛、太平洋复活节岛奇观、各地的奇异怪坡、可怕的厄尔尼诺现象、自然界的奇音妙响、大自然管弦乐队、出不去的利雅迪三角、吞船的日本龙三角等内容。
  • 别小看了这些知识

    别小看了这些知识

    科学是人类进步的第一推动力,而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代,社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高,为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机,大力普及科学知识,传播科学精神,提高青少年的科学素质,是我们全社会的重要课题。科学教育,是提高青少年素质的重要因素,是现代教育的核心,这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能,更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。
热门推荐
  • 猎怨录

    猎怨录

    你的怨念,我来帮你消除!嘛,这句话就是本书的主题了。《怪物猎人》的武器装备,在现实会是什么样的呢?消除中国广大ACG爱好者的怨念,又应该从哪里做起呢?点击阅读,妄想开始。
  • EXO之终会在一起

    EXO之终会在一起

    我不是喜欢你,我只是爱上了你,但是我知道我们不可能,所以我把这份爱藏在心里。————————————————死后重生,又是一场虐恋。——————我怕黑我怕圆月——————你们之中必须死两个!!!
  • 歌尽繁花落

    歌尽繁花落

    萧子墨站在断崖边,满眼悲伤的说:“原来这一世我们真的无缘,枉我自作聪明,自以为能扭转这小小乾坤,却不知在命运的翻云覆雨手中,又有谁能挣脱?轩辕凌风一身红衣,握着她的手深情的说:“弱水三千,我只取一瓢饮,此生此世,我只要你作伴!”轩辕如月站在空荡的大殿里,心如死灰,冰冷而讽刺的对面前的人说:“收起你可笑的深情款款吧,你爱错人了,你爱的是她,不是我!!”轩辕如烟垂眸,久久无奈吐出一句:“我也许真是前世欠了你的…”
  • 百年剑桥讲授的人生哲理

    百年剑桥讲授的人生哲理

    本书稿是在深入研究百年剑桥文化精髓的基础上,精心选取剑桥百年积淀、代代相传、引以为豪的最核心教程——剑桥人生哲学,并将之与精彩的人生故事进行有机的结合,叙述生动活泼,剖析鞭辟入里,不但可以轻松舒适地阅读,而且更重要的是它可以启迪父母的教子智慧、激发孩子对成功的渴望、提升年轻人立足社会的能力。它既是父母的教子真经,又是孩子们人生道路上的良师益友,更是年轻人立足社会的人生向导。
  • 凤临九天

    凤临九天

    穿越苍穹大陆,木槿汐偶获上古宝玉,从此痴傻废材变身女战神!虐劲敌、控灵兽、修功法、登顶最强佣兵女王。现代顶级特工异世重生,且看无能弃女如何逆袭,在强者如林的苍穹大陆,运筹帷幄,一步步走向巅峰!【情节虚构,请勿模仿】
  • 夏丏尊精品选

    夏丏尊精品选

    夏丐尊是我国著名文学家、教育家和出版家。他的每一篇作品在词章上都干净、利落,极少疵累之病和雕琢之痕。他的说理散文思路清晰、逻辑严密,记叙散文描写生动、表情准确,抒情散文感情真挚、诗意浓郁,具有典范意义。《夏丐尊精品选》精选中国实力作家夏丐尊的作品,倾情打造最权威的美文选辑。所收录的名作或缅怀青春,追忆逝水年华;或立意深远,展示哲思妙悟;或思亲怀友,抒发深沉情感;或探寻美景,欣赏自然风情。让读者充分领略佳作的语言之美、情感之美、意境之美、思想之美。
  • 重生之魔幻大陆

    重生之魔幻大陆

    新人新书多多关照林枫死于意外车祸,却离奇穿越到了一个叫魔幻大陆的地方,这里不同于地球,这里没有科技,却每个人都有远超常人的功力和法术,在这里,林枫将创造出怎样的神话呢?
  • 浅蓝高中二年C社

    浅蓝高中二年C社

    她是平凡的女孩,为了追朔九年前那段空缺的记忆,她阴差阳错地遇见了四位豪门少爷,却被卷进了一场蓄谋已久的阴谋。一个霸道狂放天生蓝眸,一个高雅圣洁如若神祗,一个冷若冰霜深不可测,一个嘻哈伪装内心怪异。恶魔少年心中的寒冰被融化,仇恨也转化成了爱情!--情节虚构,请勿模仿
  • 我有一个梦想

    我有一个梦想

    生命的意义在于有所梦想,梦想不是无所作为的憧憬,是执著一念,是无怨无悔,是永不言败活着因为梦想而努力,生命因为有梦而精彩。有梦有什么过错,只是有行动力的人把梦当成一个事业,没有行动力的人把梦当做一个自我消遣的游戏,青春过完了,日子过得太具体了,梦也就磨损完了。 我有一个梦想,你呢?
  • BOSS夜夜宠:老婆,求抱抱

    BOSS夜夜宠:老婆,求抱抱

    “老婆,他有我帅吗?”“没有。”“那他有我有钱有权吗?”“没有。”“那你当初为什么会看上他?”一场商业联姻,把她推到风尖浪口,从小的青梅竹马牵着其她女孩子的手深情款款,却把她贱卖给其她人,却意外使得他与她相遇。他是商业的暗夜帝王,被人们尊称为帝少的男子,却不小心栽到一个小女子身上,从此,她不仅掠夺了他的身,还掠夺了他的心。