恆星的生命周期實際上就是萬有引力和內部壓力的鬥爭。
恆星的大部分生命是在主序階段度過的。大多數恆星,特別是我們的太陽,將氫聚變成氦和氦,再聚變成更重的元素,如碳、氧,甚至鐵和鎳。
恆星在這個過程中耗盡了它們的能量,在其一生中經歷了一系列的變化,這個過程被稱為恆星演化。在這個過程中,它們的結構、組成和外觀都會發生變化,超大質量恆星的壽命只有幾百萬年,而質量較小的恆星則可以存活數萬億年。
說一顆恆星是一團炙熱的氣體是沒有錯的。它由發生熔化過程的內核和外層氣體外殼組成。 核心是熾熱而緻密的,充當著恆星的引力中心。 恆星的外殼由氫和氦構成,有利於將熱量從恆星的核心轉移到表面。光和熱能從恆星表面釋放到太空中。
恆星的形成
我們知道,恆星是由星雲形成的。星雲是太空中的氣體和塵埃雲,這些粒子由於自身的引力而聚集在一起,星雲的形成可能是由於氣體的引力坍縮造成的。
不過,有些星雲是由超新星形成的。超新星爆炸中拋出的粒子電離並聚集在一起,形成了星雲。據悉,形成新恆星的臨界質量大約是木星質量的80倍。
原恆星
引力使得粒子在星雲中旋轉,當它們旋轉得更快時,速度使粒子聚集在一起形成雲狀結構。這就是「原恆星」誕生的時候。如果大的塊狀結構分裂成小的雲團,就可能形成一個原恆星星團。粒子中的引力引起恆星的收縮和加熱,之後原恆星開始吸積物質,這意味著在它的中心增加了原子,由於吸積,原恆星無法達到平衡。
一顆原恆星可能需要10萬年才能到達其生命周期的主序階段。
主序星
在主序階段,恆星的溫度達到1500萬攝氏度。當恆星內部的氣體壓力與引力相等時,恆星達到穩定狀態並開始進入主序階段。核聚變發生了,它開始發光,恆星繼而開始收縮並變得穩定,它現在被稱為主序星。
當從中心向外推出的力與將原子向內拉出的引力相等時,就達到了平衡。 當恆星收縮時,核心的溫度、密度和壓力會繼續上升。 恆星在其生命周期的大部分時間裡,都處於其主序階段。 在恆星生命周期的這個階段,氫轉化為氦。
紅巨星
在紅巨星階段,溫度和壓力是如此之高,以至於氦可以熔化成碳,這被稱為氦燃燒。
恆星核心的溫度慢慢升高,因為恆星釋放出能量。氫通過核聚變過程轉化為氦。當堆芯中的氫耗盡時,堆芯就失去了穩定性。溫度和壓力繼續上升,然後恆星開始發出紅光,進入紅巨星階段。
超大的紅巨星被稱為超級巨星,它們的大小巨大(直徑約為太陽的1000倍) ,亮度非常高。 恆星在這個階段之後所走的路逕取決於它的質量。它將成為一顆中子星、一顆白矮星、一顆黑矮星或一個黑洞。
白矮星
白矮星體積小,密度大,而且異常的黯淡。質量較小的恆星變成了白矮星。它們的核心收縮成為白矮星,而它們的外層是行星狀星雲。白矮星是由電子簡併態物質組成的(一種密度極高的物質)。
電子簡併壓力使白矮星密度增加。由於它們缺乏任何能量來源,這些最初的熾熱恆星在輻射所有的能量時冷卻下來。白矮星的質量與太陽相當,體積與地球相當,當白矮星的能量耗盡之後,它就進入了「暗矮星」階段。
超新星
有時候,超新星發出的光比整個星系還要耀眼。超新星是伴隨著輻射和光的發射而產生的恆星爆炸。
超新星有兩種基本類型:一種是當碳氧白矮星達到臨界密度值,導致碳和氧不受控制的融合,進一步導致爆炸。第二類超新星形成於大質量恆星生命周期的末期。當恆星中所有的燃料耗盡時,鐵核坍塌,形成超新星爆發。
中子星
中子星主要由中子組成,它非常熱,密度極大。處於紅巨星階段的恆星走路了不同的生命周期路徑。
聚變使氦原子形成碳原子,由於重力作用,它們進一步被拉到一起,形成氧、氮,最後形成鐵原子。鐵開始吸收能量,導致爆炸,在恆星生命周期的這個階段,它被稱為中子星。
大質量恆星的核心坍縮,將質子、電子對轉換成中子。中子星可能會迅速旋轉,發出光和 x 射線,這顆高度磁化的旋轉恆星被稱為「脈衝星」。
黑洞
大質量恆星變成了黑洞,沒有核聚變,恆星核心收縮到一個點,恆星被自身的引力吞噬,從而成為一個黑洞。 你可能知道,黑洞是一個沒有任何東西可以逃逸的天體,它吞噬著一切。黑洞是在超新星的生命周期結束時,重恆星坍縮而形成的。
這樣形成的黑洞通過吸收周圍的質量、吞噬其他恆星並與其他黑洞合併而變得更大。這就導致了超大質量黑洞的產生,這就是恆星生命周期的終點。