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星系的“主宰”—恒星的今生今世

发布时间:2019-07-09

  恒星是最众所周知的天体,并且代表着最基础的星系构成。星系中的恒星的年龄,分布和组成描绘了这一星系的历史,动力和演变过程。除此之外,恒星是产生例如碳,氮,氧等重元素的原因,他们的特征和那些聚结于他们周围的行星系的特点一脉相通。因此,有关恒星的起源,寿命和死亡的研究是天文学领域的中心。

  恒星在尘埃云中产生并且遍布于绝大部分的星系。一个众所周知的尘埃云是猎户座星云。在这些星云深处的湍流引起了质量足够大,可以让气体和尘埃在引力吸引下坍缩的结点。随着星云的坍缩,结点中心的物质开始升温。现在被称为原恒星而将来会发展成恒星正是正在坍缩中的星云中心的热核。恒星形成三维计算机模型预言了坍缩气体和灰尘的旋转云可能会分裂成两到三团,这就解释了为什么银河中的大部分恒星都成双成对或处在聚星群中。

  随着星云的坍缩,高温高密度的核构成并开始聚集灰尘和气体。不是所有的这些物质都以成为恒星的一部分结束—剩余的灰尘可能成为行星,小行星,彗星,也有可能继续作为灰尘。

  在某些情况下,星云可能并不会在稳定的速度下坍缩。在2004年1月,一位天文爱好者,詹姆斯.麦克尼尔(James Mcneil),发现了一团小星云出人意料的出现在了猎户座星云梅西耶78附近。当世界各地的观测者们将他们的观测仪器指向麦克尼尔发现的小星云时,他们发现了一些有趣的东西—它的亮度表现出变化。NASA钱德拉X射线望远镜的观测给出了一个可能的解释:年轻恒星的磁场与其周围的气体之前的相互作用力造成了其亮度的偶然增长。

  一颗和太阳一样大的恒星从坍缩之初到成年期需要5千万年。我们的太阳会保持在成熟阶段(在赫兹普龙-罗素图里所展示的主序中)大概100亿年。

  恒星由氢核聚变提供燃料,在其内部深处形成氦。从中心区域外流的能量提供了恒星在自身重量下坍缩和其发光所需的能量。

  根据赫兹普龙-罗素图里所展示的,主序星跨越了大范围的广度和颜色,并可以根据这些特征分类。最小的恒星(红矮星)可能只有太阳质量的10%,温度在3000-4000k之间,放射的能量也只有太阳的0.01%。虽然红矮星身材矮小,他们是宇宙中数量最多的恒星,其寿命也长达100亿年。

  另一方面,质量最大的恒星(特超巨星)比太阳要重100多倍,并且其表面温度高于30000K。特超巨星放射的能量是太阳的成百上千倍,但其寿命只有短短的几百万年。尽管人们认为像特超巨星这样极大的恒星在早期宇宙里广为存在,现在他们极度稀少—整个银河系里只有少数。

  总而言之,恒星越大,他们的寿命也就越短,不过除了最大的恒星外,大部分的恒星都有数十亿年的寿命。当一个恒星燃尽了其内核的全部氢元素,核反应也就停止了。内核在被剥夺了支持其所需要的能量生产后,它将开始向内部坍缩并且温度升高。此时内核的外部仍有氢存在,所以氢的核聚变仍然在内核的周围进行,越来越热的内核将会把恒星的外层往外推。这将会导致恒星外层的膨胀和冷却,并且向红巨星转变。

  如果恒星的质量足够大,坍缩的核就有可能变得足够热以支持新的核反应。这一新核反应将会消耗氦,并且产生多种更重(到铁为止)的元素的元素。但是这种反应只提供了暂时的“缓刑”,恒星内部的核反应将变得越来越不稳定—有时剧烈,有时则熄灭。这一变化会造成恒星脉动,抛出自己的外层,并且被一层由气体和尘埃构成的包围层笼罩。而接下来发生的则取决于核的大小。

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