题目

恒星的生命历程

提问时间：2020-12-13

答案

你好
像地球上的万物一样,恒星也有一个产生、发展、灭亡的过程． 
　 一、恒星的诞生
　 在恒星起源问题上,现在主要有两种观点：一种观点认为恒星是由弥漫物质凝聚形成的, 称“弥漫说”；另一种观点认为,恒星是由超密物质爆发形成的．不过,越来越多的观测证据支持“弥漫说”,并逐渐得到大多数天文学家的公认．下面介绍这一观点． 设想在 银河系里,远离我们几千光年的某个地方,一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完全真空的空间．这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几兆英里之遥．星际云占有如此广漠 的空间,因此尽管它具有巨大的质量,但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的．某个特定的时候,在来自宇宙空间冲击波的作用下,相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一 起,星际云本来是透明的,但由于原子靠近在一起,微弱的星光不再能穿透通过,这时星际云 变成了暗星云．冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数,有些地 方含有比平均数略少的原子数,含原子数多的地方引力大,会把附近的原子吸引过来．以这种方式,星际云开始瓦解成团块或球状体． 球状体是不稳定的,在引力作用下球状体开始收缩,变得越来越小,其核心的压力越来 越大,温度也随之不断上升．当温度上升到一定程度后,它内部深处的气体开始发光,这时球状体不再是暗黑的了,它已转变为一颗原恒星．原恒星继续 收缩,当原恒星中心的温度达到一千万度时,氢燃烧了,4个氢原子核结合 在一起生成了氦核,这就是我 们常说的热核反应(氢核聚变)．在这个过程中,减少的质量转换为纯粹的能量．由于氢燃烧释 放出巨大的能量,原恒星最终能支撑住它的外层质量,于是收缩停止了,一颗恒星由此诞生 了．
　 二、恒星的演化
　 以太阳为例来说明恒星的演化．大家都知道,太阳能够发光的原因是因为它在不断地进行 热核反应 释放出巨大的能量,我们看到的光就是太阳热核反应放出的能量．每一秒钟,在太阳的中心有6 亿吨氢转换成氦,释放出的巨大能量一方面向外界释放,另一方面用来支撑自己外层的巨大 质 量．随着时间的推移,太阳中心氦的数量越来越多,而氢的供应越来越少,直到某一天氢用完了,燃烧便中断了．由于不再有能量向外流出,太阳的核心部分在引力作用下变得不稳定 ,无力支撑住自己的质量,所以含有丰富氦的太阳核心开始收缩,太阳中心的压力和温度迅速 增加,使核心以外的各层被加热．由于太阳核心与表面之间的各壳层仍然包含充裕的氢,在 经过比较 短的时间以后,收缩的核心上面的温度达到400万开左右,这个温度高到可使围绕太阳核心的一 个壳层内的氢燃烧,同时,核心的这种收缩把大量的引力能转换成热能,把太阳大气向外推 出． 随着壳层氢燃烧的开始,太阳突然有了新的热核反应能源．太阳无活力核心的不断收缩和这种 新的向外大量供应能量,造成太阳发生巨大的膨胀．由于太阳的结构要保持与这种新能源的 平衡,所以太阳的外层越来越向外扩展．大气膨胀就会引起自身温度降低,最终太阳的表面温度降 低到4000开．温度为4000开的物体发出的主要是红色的光,此时的太阳就变成了一颗红巨 星．变成红巨星的太阳将变得很大,它将吞没地球,地球将化为蒸气．在太阳外层膨胀和冷却的同时,无活力的核心压缩也在进行,太阳内部深处的温度升到新 的高度．最后,太阳中心的氦原子核在1亿度的高温下,以高速相互碰撞的形式而熔合成碳和氧, 于是出现氦燃烧的新的热核反应．氦燃烧所产生的新的能量输出,阻止了恒星核心的进一步 收缩．当氦耗尽时,便到了类似太阳这样的恒星的生命发展的最后阶段．由于没有能力点燃任 何新的热核反应,所以恒星会一直收缩,直到体积与地球大小差不多,这时,太阳就变成了 一颗白矮星．
　 三、恒星的死亡
　 从现在起再过50亿年,太阳就会变成一颗白矮星而终结自己的恒星历程．白矮星的体积 不 会再继续缩小．印度天体物理学家钱德拉塞卡发现,是“电子简并压力”支撑住了死亡的恒星,使白矮星不再继续收缩．这种简并压力并不是无限强大的,电子简并压力所支撑 的物质总量有一个上限,这个很重要的上限是1．4个太阳质量．换句话说,只有那些残骸 质量小于1．4个太阳质量的恒星才能变成白矮星,白矮星的密度值一般是每立方厘米60吨． 如果恒星遗骸的质量大于
1．4个太阳质量的话,由于电子简并压力无法支撑住这个质量 的压力,不得不继续收缩,这时出现了“中子简并压力”．这种强大的压力随即有力地抗拒 任何进一步的 挤压,这时,恒星的遗骸就被压成了一颗中子星．同样,中子简并压力不可能支撑住大于3个 太阳质量的燃余恒星物质,因而所有中子星包含的物质必定小于3个太阳的质量．中子星的 密度值一般是每立方厘米6亿吨． 自然界里,有许多恒星有巨大的质量,有些星系甚至包含40或50个太阳质量的物质．这类恒星的遗骸很有可能大于3个太阳质量,这类恒星的遗骸是电子、中子简并压力所无法支 撑的．自然界中没有任何力量能支撑住它们,因此,在严酷无情的引力作用下它们只能不停地收 缩．成万亿吨的燃余恒星物质的无比巨大质量从四面八方向里挤压,使这颗星变得越来越小 , 这颗恒星就这样从宇宙中消失了,遗留下来的东西被称为黑洞．它由一个奇点(单一的点)和视界组成． 黑洞以贪婪的、永无满足的方式吞噬东西,物体一旦掉进黑洞就永远从我们的宇宙中移去 了．因为这种物体不再是我们宇宙的一部分,所以它的许多特性便再也检测不到．加到黑洞上去的不管是1公斤白金,1公斤氢,或者1公斤有生命的组织,我们只把它看作是加上去1公 斤质量,并不考虑在此之前它是什么东西． 