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恒星的诞生演变及归宿

来源:http://www.hgfx0088.com编辑:漫展网_互联网资讯_科技资讯 人气: 发布时间:2019-07-04
摘要:当我们仰望天空时,最耀眼的莫过于太阳,东升西落的太阳给人的感觉就是稳定可靠,源源不断的为地球输出能量。其实作为一颗恒星,太阳同其它的恒星一样,甚至同人类的命运一样,并不是一成不变的而是有生命的,从诞生之初,它就发生着一系列的变化,只不过是

  当我们仰望天空时,最耀眼的莫过于太阳,东升西落的太阳给人的感觉就是稳定可靠,源源不断的为地球输出能量。其实作为一颗恒星,太阳同其它的恒星一样,甚至同人类的命运一样,并不是一成不变的而是有生命的,从诞生之初,它就发生着一系列的变化,只不过是它的这一过程需要以上亿甚至上千亿年来量度。那么像太阳那些恒星是如何从宇宙中诞生的呢?有会发生什么样的演变呢?它们的最终归宿又是什么呢?接下来让我们慢慢道来。

  想要弄清楚以上的问题,我们需要先了解宇宙是怎么诞生的,那么我们的宇宙是怎么诞生的?普遍被人接受也最令人信服的理论是宇宙大爆炸理论,也就是说在这之前,没有空间,没有时间,没有物质,什么都没有,只有虚无。突然有一瞬间,在这虚无之中产生了一个体积无限小,密度无限大,温度无限高,时空曲率无限大的点(也可以理解为时空蜷缩到零维没有展开),称为奇点。由于奇点的以上特征,在产生的同时也意味着很难稳定的存在,因为能量太太太大了,所以奇点的诞生之时也是其爆炸之时。从奇点爆炸那一瞬间开始,蜷缩的时空展开了,才算有了时间,大爆炸所覆盖到的范围称之为空间。爆炸之初,约大爆炸后0.01秒,由于温度极高,有1000亿度,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态在。随着宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。大爆炸后10秒后,温度降到约30亿度,此时,氢、氦稳定原子核形成,这个温度还是太高不足以使原子束缚核外电子,因此还无法形成原子。这个时期,宇宙中只充斥着这些原子核及还不能与原子核结合的游离的电子及各种电磁波。直到大爆炸后的30万年温度降到3000度,温度不再能够拆散原子核和电子的结合,氢原子和氦原子得以形成,这些原子再进一步形成气态和尘埃,此时,星云诞生。

  星云中的一小块氢气受热后开始升温,进而引起星云中的其他物质开始发热、升温并发光。尘埃和气体在万有引力的作用下开始聚集,形成巨大的漩涡。在聚集并压缩体积的过程中,由于外界对其做功,根据热力学第一定律,被压缩的气体温度会升高。经过数十万年,星云的密度会不断增大,并会形成盘状漩涡,森下悠里直径超过太阳系。而位于中心的气体,在重力的不断挤压下,形成具有超高密度和温度的球体。随着压力不断增大,由于旋涡物质具有的角动量,导致巨大的气柱从中心喷射而出,喷射气柱直径达几光年,它可以使物质加速,穿越无法想象的距离。而核心的部分,就是年轻的恒星。引力作用持续而强烈,气体和灰尘颗粒被不断吸入,并相互挤压,产生了越来越多的热量。森下悠里喷射气柱未来几十万年的时间里,年轻的恒星经挤压将变得更亮更热,温度会达到1500万摄氏度。

  随着温度和压力的变大,氢核外电子摆脱原子核的束缚,两个氢原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核(如氦),中子虽然质量比较大,但是由于中子不带电,因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来,大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这就是核聚变,氢弹就是这种原理,经过这些聚变反应,产物会通过相互作用与气体、尘埃等形成更加清晰的球体,一颗恒星就这样诞生了。

  这时氢核聚变成氦,恒星开始自行发光。核心的核聚变会产生足够的能量停止引力坍缩,达到一个静态平衡。恒星从此进入一个相对稳定的阶段。如果恒星附近仍有残留巨分子云碎片,那么这些碎片可能会在一个更小的尺度上继续坍缩,成为行星、小行星和彗星等行星际天体。我们太阳系的行星包括我们的地球就是这么来的。

  随着核聚变对氢的消耗,恒星进入中年期。当核聚变消耗完氢后,此时的恒星主要由氢聚变的产物氦组成,核反应停止,此时没有了核反应产生的能量无法维持恒星的形状,受引力的作用,恒星开始坍缩,而坍缩的过程使恒星内部的压力和温度升高。一旦核心的温度达到了1亿度,就开始使氦发生核聚变,重新通过核聚变产生能量来抵抗引力。氦聚变产生的能量造成恒星大幅膨胀,成为红巨星。

  随着核聚变对氦的消耗,恒星最终也是要进入了衰退期。由于氦聚变对温度极其敏感,造成很大的不稳定。巨大的波动会使得恒星外壳获得足够的动能脱离恒星形成新的星云,而留下的核心会逐渐冷却,成为小而致密的白矮星。在重力和电子互斥力平衡时,白矮星是相对稳定的。在没有能量来源的情况下,恒星在漫长的岁月中释放出剩余的能量,逐渐暗淡下去。最终,释放完能量的白矮星会成为黑矮星。以上是对太阳质量大小的恒星在这一时期的演变过程,但是对于那些质量大于5倍太阳的恒星,聚变会持续进行下去,氦核聚结束后产生碳,再以碳为原料进一步聚变,森下悠里一直到硅聚变到铁。在这之前,恒星通过这些核聚变获得能量,但是铁聚变则需要吸收能量。一旦无法通过聚变产生能量与引力平衡,就无法保持恒星的形状,此时在强大引力的作用下,恒星核心立刻坍缩,引起超新星爆发。如果塌缩的内核质量超过1.44倍太阳的质量,小于3.2倍太阳的质量,那么此时电子被压入原子核,和质子结合成为中子。森下悠里这些中子则形成中子星。如果塌缩的内核质量超过3.2倍太阳的质量,那么连中子也会被压碎,直到恒星的半径坍缩到小于史瓦西半径,光也无法射出,这时则形成一个黑洞!

  总结一下,宇宙大爆炸产生的气体和尘埃先组成了星云,星云在引力的作用下收缩,使得氢原子发生核聚变形成稳定的恒星,随着氢原子的核聚变消耗殆尽,开始氦核聚变,氦核聚变产生的能量造成恒星大幅膨胀形成红巨星(太阳质量)超巨星(大质量),随着氦核聚变的结束,红巨星外层形成新的星云内部形成白矮星,超巨星则发生超新星爆炸形成中子星或黑洞。 有没有想到恒星的诞生及演变过程会如此精彩和复杂,这个过程甚至神奇的把微观原子电子中子和宏观的宇宙天体演变紧密的联系在一起,宇宙就是如此神奇。我们的太阳现在46亿年的年龄,处于稳定的主序星阶段,50亿年后,将会演变成红巨星,60亿年后,分解为形状星云和白矮星,最终,白矮星在无尽的宇宙和慢慢的岁月中冷却为黑矮星。希望那时的人类还存在并且找到了属于自己的新家园!从宇宙的尺度来看,行星形成于恒星附近残留的巨分子云碎片,也就是说我们的地球的形成是多么的偶然,地球生命的诞生更是奇。

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