窮極一生光熱,存於宇宙之間:恆星死亡前是否留有遺憾?

2020-11-22 騰訊網

我們的太陽的未來清晰可見：某一天，它內核的氫氣將消耗殆盡，膨脹為一顆紅巨星，氦氣也就隨之融合。之後，它將脫去外表層，形成一個行星狀星雲，其內核持續坍縮，直到成為一顆白矮星。

圖片來源：歐洲航天局（ESA）/美國國家航空航天局（NASA）與哈勃望遠鏡資料庫（HLA），由朱迪·施密特創作

這種命中注定，與其它所有質量為太陽質量40%-800%的類日恆星一樣。但此圖所示非行星狀星雲，而是在形成星雲前的一個短暫的特殊階段：行星狀星雲前（或原行星狀）星雲。

圖片來源：美國國家航空航天局（NASA）/噴氣推進實驗室（JPL）

在這巨大周期的最後，恆星開始脫去它們的外（氫氣）層，此過程會使恆星溫度升高，因為氫氣仍然在與恆星的氦殼融合。

圖片來源：歐洲航天局（ESA）/哈勃望遠鏡、美國國家航空航天局（NASA）

中心的恆星變得更藍了，而且越來越熱，引起猛烈的風。

圖片來源：歐洲航天局（ESA）/美國國家航空航天局（NASA）

這些風能導致雙極（多節）噴流以及弓形激波。

圖片來源：歐洲航天局（ESA）/美國國家航空航天局（NASA）/哈勃望遠鏡/噴氣推進實驗室（JPL）

當恆星的溫度升至30000開爾文以上時，周圍的噴出物就將被電離，產生輻射和反射現象。

圖片來源：歐洲航天局（ESA）/哈勃望遠鏡、美國國家航空航天局（NASA）

雖然行星狀星雲前（原行星狀）時期十分短暫（約10000年），但這很常見，僅在我們的銀河系中就有著數不勝數的例子。

一顆恆星就是一個由等離子體通過自身引力匯聚到一起形成的發光球體所組成的天體。離地球最近的恆星是太陽。在地球的夜晚，許多其它的恆星也是肉眼可見的，因為它們距離地球非常遠，所以只作為大量固定的亮點出現在夜空中。歷史上，最有名的一些恆星被分成一組組星座與星群，每組中最亮的恆星被賦予正規名稱。天文學家們把恆星一覽表匯總到一起，通過這些信息識別出已知的恆星，並提供標準化星體設計。可觀測宇宙大約包含了1×10^24顆恆星，但大多數都是在地球上用肉眼看不到的，這涵蓋了我們星系——銀河系——之外的所有恆星。

一顆恆星的生命中至少有一部分時間是散發光芒的，因為它的內核中發生著由氫轉化為氦的核聚變反應，並有能量穿越恆星內部釋放出來，而後輻射到宇宙空間中。幾乎所有比氦重的天然元素都是由恆星在其一生的時間裡通過核合成創造的，也有一部分是在超新星爆發時核合成的。當恆星走到生命終點時，它可能也包含簡併物質。天文學家可以通過分別觀測它在太空中的運動軌跡、它的光度和光譜來斷定其質量、年齡、金屬度（化學組成）以及恆星的其他屬性。一顆恆星的總質量是決定它的演變及最終命運的主要因素。其他特徵也能改變它的生命，例如直徑和溫度；同時，恆星的環境也會影響到它的自轉和運動。以許多恆星的表面溫度為一條坐標軸、以光度為另一條坐標軸所成的圖像叫做赫茨普龍·羅素圖（赫羅圖）。也有一些赫羅圖添加了部分特殊恆星的年齡軸與演變狀態軸。

除質量之外，比氦更重的元素也在恆星的演變過程中起到了至關重要的作用。天文學家們給所有比氦還重的元素貼上了「金屬」的標籤，並測定恆星中這些元素的化學濃度，也就是金屬度。恆星的金屬度會影響到它什麼時候開始燃燒它的燃料、控制磁場的形成，這些也都對星風產生影響。實際上，年長的II族恆星比年輕的I族恆星的金屬度要小，因為它們形成的分子雲的化學組成不同。隨時間的推移，當年長的恆星死亡並脫去大氣層的一部分後，這些分子雲中出現的重元素就會越來越多。

作者: Ethan Siegel Senior Contributor

FY: 北鬥星zj

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