恆星究竟為何物?從何產生?又何日消亡?

2021-01-15 天文在線

恆星是宇宙中最常見的物體,也是構成星系的最基本結構。星系中恆星的年齡、分布以及組成追溯著整個星系的歷史、活躍度以及演化過程。另外,恆星研究也是研究碳、氮、氧等眾多元素的產生及分布的依據,而它們的特徵也與那些可能與它們合併的行星系統的特徵息息相關。因此,研究恆星的誕生、成長和消亡對天文領域來說十分重要。

恆星構成

恆星在塵埃雲中誕生並散射至大多數星系。相似的例子是獵戶座大星雲。這些星雲內部的動蕩導致大量物質狙擊,這些物質將會開始在它們自身的引力作用下崩塌。在星雲崩塌的同時,中心物質開始升溫。原恆星,崩塌星雲的熱量核心有朝一日將會成為一顆新的恆星。恆星形成的電腦三維模擬系統預測到旋轉的崩塌氣體和塵埃雲將分裂成二至三部分:這也就能解釋為什麼銀河系中的大多數恆星都是成對出現或伴生許多小行星。

圖解:大型恆星噴發-對恆星埃塔回光效應的觀察提供了爆炸邊緣的恆星的新影像。

在星雲崩塌之中,一個稠密的熾熱核心形成並開始凝集附近的塵埃和氣體。並不是所有這類物質都會成為恆星的一部分——剩餘的塵埃會變成行星、小行星、彗星,或者依然是塵埃。

在一些情況下,星雲可能不會持續性崩塌。在2004年1月,業餘天文學家詹姆斯麥克尼爾發現一個小星雲在獵戶座M78星雲附近意外出現。當全世界的觀測者將他們的設備對準麥克尼爾的星雲時,他們發現了有趣的一幕——星雲的亮度在變化。NASA錢德拉天文臺的觀測為這一幕提供了可能的解釋:這顆年輕恆星的磁場與周圍氣體的相互作用導致了亮度的階段性增長。

主序星

一顆太陽大小的恆星從最初的崩塌到成熟大約需要五千萬年。據估計,我們的太陽將會在這樣的成熟狀態(赫-羅圖中的主序階段)下維持一百億年。

恆星以它們內部由氫到氦的熱核聚變為燃料。從中心區域流出的能量為自身重力下的恆星遠離崩塌提供必要的壓力,並為它們發光提供能量。

正如赫-羅圖中呈現的那樣,主序星在亮度和顏色方面跨越著很大的範圍,並以這些特徵作為區分依據。最小的恆星——紅矮星——僅佔太陽質量的10%,並在3000-4000開爾文的溫度下發出不及太陽0.01%的光。儘管它們及其微小,紅矮星依然是至今宇宙中最多的恆星,並擁有數百億年的壽命。

圖解:在大麥哲倫雲的一個恆星形成區。

另一方面,大型恆星——特超巨星——或許比太陽大一百倍甚至更多,卻只有幾百萬年的壽命。儘管這些大型恆星或許在早期宇宙中十分常見,但現在越極為稀少——整個銀河系只有屈指可數的特超巨星。

恆星和它們的命運

通常來說,恆星越大,壽命越短,雖然不是全部但大多數大型恆星只能存在幾十億年。當一個恆星融合了它內部全部的氫,核反應便停止了。失去了它生存必須的能量來源,核心便開始坍縮並不斷升溫。核心外部的氫依然可以利用,所以氫融合將在核心周圍的球殼中繼續進行。不斷增長的熱量核心也會將恆星外層推得更遠,來使它們膨脹而變冷,使之演變成紅巨星。

如果恆星變得足夠大,坍縮的核心會變得足夠熱以支持其它核反應來消耗氦並產生鐵以下的多種更大質量元素。然而,這些核反應只能提供暫時的緩解。逐漸地,恆星內部的核反應會變得越來越不穩定——要麼會瘋狂地燃燒,要麼逐漸熄滅。這些變化導致停息振動並脫離它的外層球殼,使它自己包裹在一個氣體和塵埃組成的繭中。下一步變化取決於核心的體積。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. nasa-洛宸

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