恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期,恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。这是一个相对稳定的阶段,向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡,恒星基本上不收缩也不膨胀。
当恒星中心区的氢消耗殆尽形成由氦构成的核球之后,氢聚变的热核反应就无法在中心区继续。这时引力重压没有辐射压来平衡,星体中心区就要被压缩,温度会急剧上升。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度,热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大,氢燃烧层也跟着向外扩展,使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。转化期间,氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多,但星体表面温度不仅不升高反而会下降。其原因在于:外层膨胀后受到的内聚引力减小,即使温度降低,其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力,此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长,因此总光度虽可能增长,表面温度却会下降。质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时,核外放出来的能量未明显增加,但半径却增大了好多倍,因此表面温度由几万开降到三、四千开,成为红超巨星。
超新星爆发时,爆发与坍塌同时进行,坍塌作用使核心处的物质压缩得更为密实。理论分析证明,电子简并态不足以抗住大坍塌和大爆炸的异常高压,处在这么巨大压力下的物质,电子都被挤压到与质子结合成为中子简并态,密度达到10亿吨/立方厘米。由这种物质构成的天体叫做中子星。
大质量恒星经过一系列核反应后,形成重元素在内、轻元素在外的洋葱状结构,其核心主要由铁核构成。此后的核反应无法提供恒星的能源,铁核开始向内坍塌,而外层星体则被炸裂向外抛射。爆发时光度可能突增到太阳光度的上百亿倍,甚至达到整个银河系的总光度,这种爆发叫做超新星爆发。超新星爆发后,恒星的外层解体为向外膨胀的星云,中心遗留一颗高密天体。
继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候,在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动速度的极限,连光子都无法摆脱的天体必然能束缚住任何物质,所以这个天体不可能向外界发出任何信息,而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内,一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质,就象一个漆黑的无底洞,所以这种特殊的天体就被称为黑洞。
总而言之,小质量的恒星“死了”以后会成为白矮星,比如天狼星的伴星;大质量的恒星“死了”以后会成为中子星;质量再大的恒星“死了”以后就成为黑洞!
作者:文/虞子期
纵然宇宙处在时刻变化之中,但人类的求知欲望和 探索 能力也在与日俱增。虽然,在这个神秘而庞大的宇宙世界里,还有很多科学家们至今仍无法解答的疑惑。但也通过时间和侦探,对地球之外的世界有所了解,比如行星系统的生和死。行星和恒星是如何形成的?我们又是怎么来到这里?以及在一颗恒星的生命周期中,会经历什么?当行星死亡之时,又会遭遇怎样的境遇?
即将诞生的恒星和行星,都始于一团难以想象的“冷云”,它包含了能萌发全新世界的种子。氢气和氦气分子因为重力而减速,并聚集在一起;铁、硅酸盐和富含碳的材料混合形成了灰尘,当尘埃粒子旋入这些物质的中心结,会将一些气体的能量传送回太空,云会因此变得更冷。伴随着更多的尘埃和气体被吸入其中,云的“口袋”也变得更厚,此时,一个明亮的“热球”正在它的中心开始逐渐形成,并且在这场重力和气体、磁场的压力对抗中,重力正在取得属于自己的胜利。
当“婴儿”时期的星星形成后,星系数十亿颗恒星的引力拖拽,可能加速并震动了天然气体,又或是两个云的相互撞击导致了某些气体的聚结,那些变成扁平状结构的向内螺旋的材料,就成为了吸积盘。当然,也可能是因为一颗巨大恒星的爆炸,才导致了形成的恒星云被强烈的物质风吹入,并造成了新生星星的死亡。在同一个过程中,很可能会发在同一个分子云中的几十个、甚至是几千个地方,用通俗的语言可以表达为:分子云就像地球云,雨滴就好比是星星,当来自这些云层的气体坍塌碎裂之后,在0到10万年的时间里,会形成大批的“婴儿”星星,这也是为什么星星经常会形成一个较大的群体。
在银河系和其他大多数的星系中,最可能形成的恒星类型,大小是做不到自我维持的。红矮星的质量是太阳质量的十三分之一到二分之一,代表了银河系四分之三的恒星,因为其燃烧缓慢,所以它们的寿命将比现在的宇宙更长。相对更罕见的类太阳恒星数量,仍然占到星系的8%。一颗年轻的恒星被称为“原恒星”,直到它可以通过氢聚变反应为自身供电。要成为一个真正的恒星,它必须自发地融合氢原子形成氦,以释放出巨大的能量。稳定恒星核心,使其停止收缩的整个过程,可能需要大约4千万年。而最终形成的是什么样的恒星?则取决于其可用的材料。
新生的恒星,可以从周围旋转的气体和尘埃中获取自己需要的养分,然后射出猛烈的磁性加速物质流,只要没有另一个恒星系统和它足够近,并发生相互作用,那么在整个生命周期中,同样的旋转都可以保留在该系统中。在整个系统中,主要是由氢气和氦气组成,并且,气体比气体中的灰尘多100倍左右。尘埃,对于形成含有碳和铁等元素的行星而言至关重要。当时间过去大约10万年之后,云会开始变得稀薄,此时就可以显示出两种完全不同的结构。它们是新生恒星,以及蓬松的尘埃盘和弥散气体。我们还可以通过螺旋和间隙,以判断该磁盘中是否由行星形成。
从行星“婴儿”时期一开始的螺旋形状,到行星变大后在磁盘中划出的差距,科学家们可以通过寻找磁盘中的特征,了解可能形成行星的地方。比如,ALMA所研究的神秘系统TW Hydrae。这个已知的距离最接近的恒星,仍然有一个距离它175光年的富含气体的原行星盘;在过去几年中,通过对HL Tau恒星的研究,也揭示了这个磁盘中的间隙,使它看起来像环,可能是“婴儿”行星的足迹,当时的这一发现,也成了该领域的一次重大飞跃。
在磁盘中较冷的地方,冰的微小碎片会附着上灰尘,肮脏的雪球可以聚集成巨大的行星核心。在这些较冷的区域,允许气体分子减速到足以被吸引到行星上的程度。在更加温暖的圆盘中,岩石行星在冰冷的恒星形成后形成 ,并且没有大量的气体供行星阻碍。科学家们曾捕获了年轻行星PDS 70b的罕见图像,其500万年的 历史 ,仅占地球年龄的0.1%多一点,它比木星更大,并且仍然可以增长。在其圆盘上,通过引力形成了一个很大的间隙,比我们太阳系中任何行星的温度高。
现在我们所看到的太阳系统,只是那些在初始过程中幸存下来的东西。在我们 历史 的最初几百万年里,可能有早期的行星实际迁移并被太阳吸收。气体的存在,有助于固体材料颗粒粘在一起。灰尘团从鹅卵石般大小,变成更大的岩石,在这个过程中有的分崩离析,但其的一部分却坚持了下来。这些是行星的基石,有时也被称为“星子”。“婴儿之星”仍在抛出极热的风,被质子和中性氦原子的带正电粒子所控制。行星的形成不到磁盘质量的1%,而一旦行星形成,它们就不会一直停留在原地,并且,每个行星系统最终都会像进入中年。
如果将我们所在的太阳系生命周期比喻为人的一生,那么现在的太阳系正当中年。在大约一亿到十亿年的时间里,行星会倾向于在它们的轨道上稳定下来,而恒星也不会爆发太多。但是,通过科学家们对太阳系外的行星的研究发现,以七个地球大小的岩石行星而闻名的一颗恒星TRAPPIST-1,形成于54亿至98亿年前的某个地方,大小为太阳的9%,是一颗极微弱的M矮星,但它比我们的太阳系更安全。并且,它的所有行星都非常靠近,位于水星轨道内。
在我们的太阳系中,已无法找到大小与木星相同或更大、轨道距离主星更近,并且经历灼热高温的热木星。但是,我们原本可能有一个被太阳吞噬的热木星,但很多星球会在其他甚至更老的系统中幸存下来。比如,科学家预计年龄为55亿年的HAT-P-65b和预估年龄为47亿年的HAT-P-66b。在围绕其他恒星的其他外来行星中,包括达到地球质量10倍的大型岩石行星 “超级地球” ,以及被称为“迷你海王星”的小型气体行星。在我们太阳系的时代,现在看上去是相对平静的,但随着恒星逐渐变老,最终可能会消灭它的一些行星。
从现在开始,大约60亿年后,我们的太阳会进入红巨星阶段,核心逐渐耗尽燃料,随着氢气融合减缓,核心将再次收缩。越来越小的核心会加热,然后启动另一轮核反应,以将氦气融入到较重的元素。较热的核心使氢熔化在核心周围材料的“壳”中,恒星深处产生的额外热量,将导致其外层气体膨胀。在强烈的阵阵爆发中,垂死的恒星抛出外层的物质,红巨星阶段的结束,通常也是恒星生命中相对更暴力的时期。
当红巨星失去质量时,恒星在其行星上的引力会变得更弱,因此它们的轨道将会扩展,行星的轨道也可能变得不稳定。在我们自己的太阳系中,太阳会膨胀得太多,以至于它会融化、蒸发,并吞噬一些内部岩石行星,太阳将会甩掉大约一半的质量。由此,外行星的轨道也会向外漂移,并在此处沉降两倍,当接近燃料燃烧寿命的终点,太阳将变得更加明亮,且变得更大,它的直径会变得很大,以至于可以从幸存星球的表面填满天空。那么,太阳和星星会像火焰爆炸般的一样死亡,还是会因为小小的呜咽而崩溃?
当前红巨星的核心耗尽了所有的燃料,并将所有的气体排出之后,剩下的密集恒星煤渣被称为白矮星。白矮星被认为是“死”了,因为它内部的原子不再融合,无法产生恒星能量,但为它太热了,所以仍然呈现出“闪耀”的状态,最终,它会冷却并从视野中消失。宇宙中几乎每颗恒星最终都会经历,从红巨星到白矮星的过渡。我们的太阳,将从现在开始的大约80亿年后到来。尽管极低质量的恒星,需要比现在的宇宙时代更长的时间才能到达。当然,行星也可以出生在超新星。
如果一颗恒星非常巨大,它可能会沿着不同的路径,扩展成一颗超巨星,并最终爆炸成超新星,来自超新星的冲击波可以触发新恒星的形成,在死亡之后创造新的生命。虽然,在超巨星周围,到目前为止没有发现有一天会爆炸的行星。但这并不意味着他们不在那里,虽然超巨星是非常罕见的,但它的耀眼程度远远超过任何轨道物体。超巨星包含多层不同种类的原子融合,能够产生巨大的能量输出,只是我们的技术可能还不够先进,所以暂时无法找到它们的行星,超级巨星可能稍纵即逝,但他们的爆炸在这个事件中起着重要作用。
从诞生到死亡是地球上每一种生物都要经历的过程,这样的过程在我们头顶那片浩瀚的星空中也同样发生着。也许你很难想象像太阳这样拥有巨大能量的恒星会有死亡的一天,但这是谁也无法改变的事实。
恒星并不是一开始就存在于宇宙中的,它的诞生经历了一个漫长的过程。可恒星究竟是怎样诞生的呢?早在17世纪,伟大的牛人牛顿就提出了这样的设想:散布于宇宙中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星,虽然这在当时仅仅是一种设想,但却为天文学家们提供了研究的方向。天文学家们观测发现,宇宙空间中的确存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云,也就是我们所说的星云,可这些星云又是怎样变成恒星的呢?
原来,星云中的每粒尘埃都能不断地发出光和热,这些光和热能够畅通无阻地传到星云之外。然而与此同时,星云中的气体却在不断以自由落体的方式落到星云中心去,于是这些塌陷的气体就会在星云的中心区积聚起来。这导致本来质量分布较为均匀的星云,这时变得越往中心的区域密度越大。这样一来,星云中心附近的重力加速度越来越大,那些塌陷物质的运动速度也快速地增长了起来。
经过几十万年后,星云中心区的密度变得更大了,气体也变得不再那么稀薄了,这下尘埃的辐射受到了星云中心引力的吸引就再也跑不出去了。这么一来,星云气体开始升温,那些塌陷在中心的物质渐渐地形成了一个核心。物质源源不断地落到星云内部的核心上,它们带来的能量在物质撞到核心上的时候又转变成为光和热的辐射。当温度达到大约2000度时,星云中的氢分子便开始分解了,它们重新变成了氢原子。于是,核心再度收缩,直到释放出的能量把全部的氢都重新变为原子时,星云中“核心”的力量也越来越大,人们把此时的核心称为“原恒星”,因为从某种意义上说恒星正是由它逐渐转变而来的。
核心的密度和温度仍然在升高,原子开始丢失了它们的外层电子。由于落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳将核心包围了起来,它的可见光便不能穿透出来,我们用天文望远镜观测时也看不到这些像灯笼一样从内部发出的光。等到越来越多的向下塌陷的物质都已经和核心联成一体时,核心中的可见光突然大爆发,穿过外壳涌现了出来。
等到中心温度达到1000万度时,氢原子原子核的电磁力将无法阻挡高速奔跑的原子核相互碰撞的力量,于是原子核相互碰撞产生的力终于在瞬间结合发生了氢核聚变反应,物质释放出了巨大的能量,于是一颗像太阳那样的恒星就诞生了。
恒星也像我们人的一生一样会经过几个不同的发展阶段。诞生后的恒星内部在大量光和热的聚积下不断燃烧着,这时它停止了收缩,渐渐稳定了下来。这时的恒星以内部氢核聚变产生的能源为主要能源,进入了主序星阶段。
主序星阶段占恒星一生寿命的90%,它类似于我们人类的青壮年时期。这是一个相对稳定的阶段,恒星向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡,恒星基本上不收缩也不膨胀而是稳定地发展着。不同质量的恒星,主序星阶段的长短是不一样的,质量越大,光度越大,能量消耗也就越快,停留在主序星阶段的时间越短。例如:质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星,处于主序星阶段的时间分别为一千万年、七千万年、一百亿年和一万亿年。目前的太阳也是一颗主序星,它现在的年龄为46亿多年,它的主序星阶段已经过去了约一半的时间。
恒星在一刻不停地燃烧着,它也在燃烧中衰老。恒星中心区的氢渐渐地变成氦,氢最终消耗殆尽。当形成由氦构成的核球之后,氢聚变的核反应就无法在中心区继续进行。这时恒星中心区的引力重压没有向外辐射的辐射压来平衡,星体中心区就要被压缩,温度急剧上升。恒星中心的氦核越来越大,氦核周围的氢越来越少,当氦核质量占到恒星质量的12%时,恒星结构出现了重大变化。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度,核反应重新开始。氦球逐渐增大,氢燃烧层也跟着向外扩展,恒星外层物质受热膨胀起来,这时恒星开始向老年期——红巨星或超新星时期转化。这一时期虽然氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多,但恒星表面的温度却不仅没有升高反而会下降。这是什么原因呢?原来这时恒星膨胀产生的压力开始超过其内部的引力,这样星体的表面积就会越来越大,并超过能量增长的速度,因此虽然总光度增加了,但恒星的表面温度却下降了。不要误会,不要以为恒星到了这个阶段就已经穷途末路,没有多少光和热了,别忘了,它的热量和光度在一刻不停地增加中。以太阳为例,根据太阳的质量计算,当太阳大约90亿岁的时候,太阳的氦聚变将开始启动。这就是说,在氢原子聚变产生的太阳的核心,将会诞生一个由氦原子聚变而产生的新太阳,而里面这个温度更高的太阳会把外面温度较低的太阳推出去,恒星的体积将会因此而膨胀一百万倍以上。这时的太阳将显得非常辉煌,但这种辉煌足以将它附近的行星毁灭,一个百亿岁左右的太阳将会把几亿公里的范围都变成火海。经历了最后的辉煌,恒星的生命就走到了尽头。不过恒星的生命
不是以消失的方式结束的,而是演化成了其他的星体。不同类型的恒星,死亡的方式是不同的。像太阳这样大的恒星,它最终会安静地成为白矮星,另一类比太阳大8倍以上的恒星,它们的死亡是爆炸,也就是超新星的爆发。
在恒星生命的最后时段,有限的氦燃烧只是短暂地延缓了恒星死期的到来。像太阳那样大的恒星的氦大约只能燃烧十亿年左右,那十亿年将是太阳最后的辉煌。在这段时间里,恒星的核将再度开始收缩,它的外壳将继续膨胀,恒星将向外层空间抛射物质,形成一个“行星状星云”,而它的内核将再次坍缩。当核的密度达到每立方厘米100千克时,其中的电子被挤压到了不能再紧密的地步,坍缩也就停止了。等到垂死的恒星将它的外壳全部抛出后,它的核就裸露了出来。这个炽热的核温度约为摄氏25000度,但体积却很小,我们把它称为“白矮星”。由太阳坍缩而成的白矮星直径与地球差不多,但重量却比地球重几十万倍,而且它的引力仍然能够控制太阳系剩下的天体。
如果恒星的质量超过太阳的8倍以上,在经历氨燃烧的阶段后,由于它的核质量大,所以它的温度和压力也更大,因此又会发生新的一轮元素的燃烧,每一轮元素的燃烧都遵遁着相似的规律,每一阶段的聚变都要求更高的温度,每一阶段产生的余烬又是下一轮聚变的燃料。恒星像一个巨大的洋葱头那样一层层地进行着热核反应,直至核心温度达到约摄氏28亿度,这时的反应是硅聚变成铁。铁生成后,由于不可能再燃烧生成更重的元素,所以恒星中心很快就发生了坍缩。在几秒钟内,星核的体积缩小了一百倍,密度急剧增加到每立方厘米100千克。这时电子和中子被压缩得非常紧密,同时,恒星的外层因为失去了支撑而快速向内塌落,高速撞击到中央的核上,并转换成巨大的动能以冲击波的形式向外传播,把恒星内的致密物质抛出。这样就产生了“超新星爆发”这样壮观的天文现象。
超新星的爆炸使物质摆脱了引力的束缚,铁元素的核却坠入引力的深渊,巨大的坍缩把电子都压进了质子,于是质子全变成了中子,而中子之间没有电磁力的排斥,原子核可以相互紧紧地挨在一起,这就形成了最致密的物质——中子星。它一立方厘米的质量能达到十亿吨,什么概念呢,换一种说法,把一个几百万公里直径的物体压缩成只有30公里的直径,这是只有中子星才能办到的。
不过中子星的引力非常强大,强大到让光都要成抛物线才能挣脱。同时被压缩的还有磁场,这简直是一个超高能核电站,它可以把表面附着的电子像高压水柱一样喷射出去。
除了产生中子星外,一些大的超新星爆炸之后,还会产生引力的奇迹—一黑洞。黑洞产生的条件是怎样的呢?如果把地球压缩成一个核桃这就是黑洞。够夸张吧,不过更夸张的是它的引力,它巨大的引力连光都要被它吞掉。这看上去似乎不可思议,但如今,黑洞的存在已经被科学家们证实。
就像我们人类的生命循环往复一样,宇宙间的恒星也遵循着同样的规律。超新星的爆炸在最后的瞬间把含有的所有元素都彻底抛洒了出去。正因为有这种慷慨无私的抛洒,才为新的恒星的诞生创造了条件。
在超新星的物质弥漫之后,引力将会再次把这些物质凝聚成天体,大的坍缩成恒星,小的形成行星,恒星以自身的毁灭造就了宇宙中新恒星的新生。
也许你不免担心:太阳终究有一天也会死亡,到时候它将会给地球带来灾难性的毁灭,我们人类怎么办呢?庆幸的是,我们人类有至少40亿年的时间来做准备,说不定那时我们早已经搬到了新的居住地。
恒星的形成过程是非常缓慢的,可能需要数百万年。恒星在诞生之前,是一颗巨大的分子云,里面都是尘埃和气体。这样的分子云又被称之为星云或暗星云;这些分子云中富含大量的氢分子(H2)和氦分子(He),以及一些其他颗粒。通常来说,这些分子云是很冷的,也是很稳定的。
然而,附近的超新星爆炸或银河系碰撞可能会通过分子云释放出巨大的冲击波和能量。地震就是板块和板块之间的碰撞所产生的巨大冲击波和能量所引起的。在分子云中,这种能量会受到引力的干扰,它会在自身重力作用下开始坍塌,从而导致氢分子和氦分子都聚集到一起,这样就增加了分子云中心的质量。质量的增加就会增强引力,从而从周围吸引更多的分子和粒子。
随着越来越多的分子和颗粒坍塌或落入云的中心,中心开始升温。这个加热的中心或加热的核心被称之为原恒星。原恒星继续吸引更多的分子并变得越来越热,直到温度和压力达到氢核可以彼此融合而形成氦原子,并释放出大量的光、热以及辐射。这个过程就是所谓的核聚变。当这种情况发生时,重力这个向内的力会被热量和辐射产生的向外的力慢慢平衡。这对力一旦达到长期稳定的平衡时,一颗恒星就此诞生了。
扩展资料:
特性:
1、行星本身并不会发光,我们看到的是它反射的太阳的光
2、恒星就是类似太阳一类大的天体 其本身内部会发生反应,并将能量以光的形式向空间辐射。
3、彗星 像哈雷彗星之类,我们看到的光是它在经过太阳系时,其材料被溶化掉的彗尾造成的现象 所以看到的彗星往往拖着长尾巴 夜晚能看到的星星大部分的是恒星,有几颗是我们太阳系的行星,例如:金星、水星、火星。恒星的发光原理与我们的太阳相类似,大部分是氢聚变成氦核的过程释放能量,还有一部分是氦聚变释放能量。
参考资料:百度百科-星星