恒星简介,太阳,红巨星,白矮星,中子星,黑洞

太阳就是一颗恒星,因此人们对恒星还是略有认知的。

恒星可能起源于气态星云,
主要由气态氢、氦組成,
在重力就是万有引力的作用下星云收缩形成一个核心,
也可能同时形成几个核心, 称为恒星原核, prostar,。

Prostar 吸引更多的气体到核心处因而质量上升,
核心的温度因为摩擦和挤压上升,
直到可以点燃核聚变,氢元素合成为氦元素,
核聚变产生巨大的能量让恒星物质向外扩张,
扩张和收缩的力量达到平稳的时候恒星体积恒定。

质量是恒星的重要参量,
恒星一生都在和重力战斗。
星核很热因此气态星核产生巨大的压力,
这个压力抵抗重力的作用。
重力让星核缩小,而压力让星核扩张,
最后达到「超静态平衡」,
hydro-static equilibrium.

这个单词还算比较好翻译,
以后遇到不容易翻译的词我们将在第一次给个中文意译,
然后使用英文来减少误解。

在恒星一生中的多数时间,
核反应产生热与辐射压力,
与重力对抗达到平衡,
太阳发光,光子飞过8分钟的距离后达到地球,
我们就享受温暖的阳光。
这一阶段称为:主序,
main sequence.
这是恒星最长的一个阶段,
我们的太阳正是处在 main sequence 阶段中,
可能还要保持100亿年。

当氢元素全部合成为氦元素时,
核燃料没有了,main sequence 结束。
比太阳更大的恒星会更快的用尽燃料,
这时候不同质量的恒星有不同的命运。

当核心温度降低时无法保持压力,
恒星开始收缩,然而收缩和挤压又让核心温度上升,
外层物质被挤出去。
结果恒星扩张成为红巨星,red giant.
半径比 main sequence 时增加几百倍。

成为红巨星之后的命运仍然由恒星质量决定。

中等尺度的恒星是指质量小于7倍太阳的恒星,
这些恒星的核心温度足够高,
可以引发氦元素合成为碳元素的核反应,
这样双可以产生更多热量暂时阻止星核收缩。

当氦元素做为燃料耗尽时,
恒星外层爆炸,把物质炸到空间形成行星星云,
planetary nebula。
而恒星的内层冷却并且收缩,
留下一个小点的但是仍然有温度的球体叫做白矮星,
white dwarf. 他不会继续收缩,
因为电子的负电之间同性相斥的力量顶住重力引起的收缩力量。

更大质量的恒星,大过7倍太阳的质量时,
死亡的场景更大。

高质量恒星基本上发生上述一样的故事,
但是形成的是红超巨星, red super-giant.
然后氦燃料核聚变形成碳元素,
当氦燃料用尽时,因为质量大的缘故,
核心温度更高就可以用碳元素为燃料继续核聚变,
生成氖元素, neon, 就是让霓虹灯发光的那种元素。

就这样核聚变反应不断升级,
不断提供能量对抗质量引起的塌埳,
一直到合成了铁元素。

铁元素向更大原子量的元素合成仍然有可能,
但是这种核聚变反应不产生热量,相反吸收能量。
因此当恒星核都变成铁元素后,终于不得不停止了,
这时候没有什么能对抗重力,不断的收缩。

核心温度超过千亿度,铁元素的温度。
原子核的正电相互排斥,终于可以对抗重力收缩时,
反作用力形成爆炸振波, shock wave.
这是宇宙间的奇观,
振波将恒星物质推出恒星形成大爆炸,
称为超新星, super-nova
是一种物质大喷射。

大约 75% 的质量喷掉了,
剩下的核心的命运仍然被他的质量决定。

如果还有太阳质量的 1.4 倍到 5 倍,
这颗核心进化成为中子星, neutron star。
中子星只有十公里左右的半径,物质密度极高,
上面一个火柴盒大小的物质就有30亿吨。
让中子星不被重力继续压缩的力量是两种:
中子简并压力,neutron degeneracy pressure,
排斥核力,repulsive nuclear force.

如果核心质量更大,
比如在恒星时就比太阳大20倍以上,
就接受重力的最后挤压成为黑洞。

然后你注意到了吗,
我们人类身体中的碳元素、铁元素都是恒星为我们制造的,
因此我知道我们的来源远远大于我们的生命,
因此我想我们生来平等,这是一种感觉而已。
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分享 2020-10-13

1 个评论

这是一幅不同恒星生命周期的图:

https://imagine.gsfc.nasa.gov/Images/objects/stars_lifecycle.jpg

这里说得比较简洁: https://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/stars1.html

这个视频更精彩: https://www.youtube.com/watch?v=3mnSDifDSxQ

wikipedia.org 上搜索任何一个词当然都有大量内容出现: 1, star  2, neutron star  3, nuclear force ...

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