1、当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段,步入老年期时,它将首先变为一颗红巨星。
2、 称它为“巨星”,是突出它的体积巨大。
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3、在巨星阶段,恒星的体积将膨胀到十亿倍之多。
4、 称它为“红”巨星,是因为在这恒星迅速膨胀的同时,它的外表面离中心越来越远,所以温度将随之而降低,发出的光也就越来越偏红。
5、不过,虽然温度降低了一些,可红巨星的体积是如此之大,它的光度也变得很大,极为明亮。
6、肉眼看到的最亮的星中,许多都是红巨星。
7、 恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着。
8、核聚变的结果,是把每四个氢原子核结合成一个氦原子核,并释放出大量的原子能,形成辐射压。
9、处于主星序阶段的恒星,核聚变主要在它的中心(核心)部分发生。
10、辐射压与它自身收缩的引力相平衡。
11、 氢的燃烧消耗极快,中心形成氦核并且不断增大。
12、随着时间的延长,氦核周围的氢越来越少,中心核产生的能量已经不足以维持其辐射,于是平衡被打破,引力占了上风。
13、有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下收缩,使其密度、压强和温度都升高。
14、氢的燃烧向氦核周围的一个壳层里推进。
15、 这以后恒星演化的过程是:内核收缩、外壳膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热,而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷,表面温度大大降低。
16、这个过程仅仅持续了数十万年,这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。
17、 红巨星一旦形成,就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。
18、当外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,点燃氦聚变。
19、最后的结局将在中心形成一颗白矮星。
20、 质量大的恒星,在氢燃料耗尽之后,不但能将氦合成氧,将核心的氧转化为碳,其核心温度甚至高得足以将碳合成更重的元素例如硅,直至合成铁。
21、 由于核心产生高热,恒星的外壳会膨胀得比红巨星更大,成为超红巨星。
22、 当铁被合成后,恒星便无法将铁合成至更重元素来产生能量,因为这个过程反过来是需要能量的。
23、由于没有能量产生,核心将会因引力而塌缩,密度亦越来越高,核心的质子与电子在巨大压力下结合成中子,并产生中子简并压力抗衡核心的进一步收缩,形成非常坚硬的核心。
24、 在它处于超红巨星阶段时,其核心最终还会坍缩并升温,并引发新一轮的核聚变,发生一系列由较轻元素聚变为较重元素的核反应。
25、内部的核燃烧将按下面的顺序逐一进行: 大约2×108K,氦聚变为碳 大约在109K,碳被点燃,在一系列核反应中生成O16, Ne20, Na23, Mg24, Si28等元素,继氧核反应熄火后,硅镁等陆续燃烧,直到其中心区生成大量的铁、镍等元素为止。
26、 最大质量的恒星,一般都能完成上述全过程。
27、一般的恒星,核聚变能够进行到在哪一级,主要取决于其质量的大小。
28、我们的太阳只能发生两级核反应,就会进入衰亡阶段,变成白矮星。
29、在多级核反应过程中,会出现一些不稳定期,使恒星出现周期性的膨胀和收缩、变热和变冷,这样的恒星被称为“造父变星”,造父变星在我们银河系中就有。
30、 在热核反应之后,恒星主要能生成哪类元素,与其质量的大小密切相关。
31、若恒星的质量不够大,核反应只能进行到某个阶段中止,直接进入灭亡状态。
32、不同质量的恒星,其核反应的最终结局大体如下: 质量小于0.08个太阳——氢不能点火,将不能进行任何核反应,例如木星。
33、 质量在0.08—0.35个太阳之间——氢能点火,但点不着氦的核反应,氢熄火后即结束核燃烧阶段。
34、 质量在0.35—约4个太阳之间——氢熄火后氦能正常点燃,但氦熄火后碳却不能点燃,例如太阳。
35、 质量在大约4—10个太阳之间——核反应的情况不十分清楚。
36、 质量大于10个太阳——氢、氦、碳、氧、氖、硅等都能逐级点燃,最后在中心形成铁核,中心之外则是各种未烧尽的轻元素(Si、Mg、Ne、O、C、He、H)组成的壳层结构。
37、看来,我们的地球就是这类大恒星残骸爆发后的碎片形成的。
38、 核心外围的物质仍然在急剧塌缩,并与坚硬的核心相撞,产生强大的冲击波,将恒星的外壳于短时间内炸毁,称为II形超新星。
39、在这一瞬间,比铁更重的元素会在此时合成,爆炸所产生的光度有时比整个星系所有恒星光度的总和更亮。
40、 超新星爆炸后,恒星可有三种不同的结局: 如果爆炸后残余的核心的质量少于太阳质量的1.4倍,核心会演化为白矮星。
41、 爆炸后残余的核心,假如其质量介乎太阳质量的1.4至3倍,中子简并压力便能抗衡恒星的收缩,形成稳定的中子星。
42、 但当残余核心的质量大于太阳质量的三倍,中子简并压力也无法抗衡恒星的收缩,并且再没有任何力量可以阻止恒星的塌缩,形成黑洞。
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