二、恒星的演化过程略述

在当今可以观测到的宇宙空间中,同时存在着原始星胎、原恒星、主序前星、主序星、红巨星以及白矮星、中子星和黑洞。观测、分析和认识这些不同发展阶段的恒星,就可以了解恒星一生的演化概述。

1. 由星际云到原恒星

    质量较大的星际分子云在自身引力作用下,会很快地经历收缩、密集、升温的过程,在这些过程中,由于密度分布不均匀而变得不稳定,密度大的部分收缩得快,导致整个分子云瓦解成许多中等分子云,中等分子云有可能再瓦解为更小的分子云。这其中的较大者能吸引周围更多的气体和尘埃,并随着引力收缩而升温,当温度达到2000 K时,由于部分氢分子变为氢原子,而再次发生塌缩。塌缩时形成的核心部分,就是原恒星。从星际云到原恒星,大约要200万年。

2. 由原恒星到主序前星

    原恒星形成后,在自身引力的作用下,继续收缩,温度迅速升高,使星体开始闪烁发光。随着星体收缩,内部的张力在增大,最终使星体达到了静力学平衡,内部气体处于完全对流状态,这表示原恒星已经演化到了主序前星的阶段。到达主序前星阶段的恒星,虽然温度在继续升高,但内部温度仍然不很高,一般在3000 ~ 5000 K,氢的聚变反应尚未发生。这时恒星能量的主要来源是依靠引力能的释放,所释放的引力能一部分用于维持向外的辐射,另一部分用于对自身加热,使星体温度升高。

3. 由主序前星到主序星

当温度达到1.5´107 K时,核聚变反应全面开始。当恒星刚开始核聚变反应时,它在赫-罗图上的位置是刚好到达主序带的最左端边缘(零龄主序),这时的恒星称为零龄主序星。

当核聚变反应产生的巨大能量使恒星内部的张力急剧增大到足以与引力相抗衡时,恒星不再收缩,而成为青壮年主序星。一颗像太阳那样的中等质量的恒星演化到主序星,大约要3000万年。

恒星开始了核聚变之后,反应以极其和缓、平稳的速度进行,其温度和光度都不再发生大的起伏变化,恒星一生的90 %以上的时间都处于这种平稳演化的主序星阶段。像太阳那样的中等质量的恒星可以在主序阶段停留大约100亿年。

主序星的化学组成是相同的,主要是氢和氦。

4. 由主序星到红巨星

    随着氢燃料逐渐被消耗,主序星星体核心部分转变为氦芯,氢聚变反应逐渐向外推移。由于星体内部与引力相抗衡的张力减小了,星体内部必将收缩,温度将继续升高。当星体壳层的温度达到107 K时,星体壳层的氢聚变反应就开始了。星体壳层受热膨胀,使恒星体体积很快增大上千倍,同时也由于膨胀,星体表面的温度迅速降低。这时恒星离开了主序带,演化为红巨星。

5. 红巨星的演化

不同质量的红巨星演化过程是不同的。

对于较小质量(小于1.4倍太阳质量)的红巨星,当星体核心部分的氢完全枯竭、氢的聚变反应推移到了星体壳层时,星体核心部分继续收缩,与此同时,壳层继续膨胀,导致壳层与核心部分分离。壳层部分渐渐扩张,通过质量抛射形成行星状星云;核心部分密度急剧增大,成为白矮星。

对于较大质量的红巨星,当温度达到108 K时,氦核聚变生成碳核的热核反应开始了。星体核心部分逐渐变成一个高密度的碳球,整个星体向中心坍缩,碳球因受到猛烈压缩而急剧升温,碳原子核发生聚变而生成更重的原子核,同时导致星体发生灾难性的大坍缩,这就是超新星爆发。在超新星爆发时,星体壳层物质被抛向四面八方,而核心部分将成为致密星:若超新星爆发时核心部分的质量大于1.4倍太阳质量而小于3.2倍太阳质量,则将成为中子星;若超新星爆发时核心部分的质量大于3.2倍太阳质量,则将成为黑洞。

关于恒星晚期阶段的演化,目前理论上还不能作出明确、肯定的结论,需要更多的观测资料。

       
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