為什麼恆星的質量各有不同?

2021-01-15 天文在線

按照我的理解來說,恆星可以由不同密度的氣體形成,但常常假定當它們達到了一定臨界質量就會發生聚變。一旦達到臨界質量發生聚變,直到向外的壓力抵消引力為止,那麼所有恆星的大小應當大致相同,然而事實並非如此。

上圖:太陽(左上)、低質量的恆星(左中)、棕矮星(右中)、木星(右下)

首先,你應該知道恆星有幾種不同類型。內核中將氫通過聚變融合成氦的恆星是主序星。還有許多其它恆星,像紅巨星,其內核已經耗盡了氫燃料,處於不同的演化階段。

比較當前作為主序星的太陽和將來成為紅巨星的太陽。

主序星中氣體的密度大致相同,主要成分都為氫和氦。恆星的尺寸主要取決於它的質量。請注意一個恆星的誕生並不僅僅取決於臨界質量(雖然它對於限定恆星形成的最小質量至關重要),也取決於恆星內核所達到的溫度。當一個恆星的內核溫度足夠高,可以將氫聚變成氦,它便誕生成為主序星。所以並不是恆星內核的質量恆定不變,而是內核的溫度都大約為1500萬開爾文。

由左至右:紅矮星、太陽、藍矮星和R136a1

現在,恆星誕生於分子雲的緻密內核。一般來說,緻密內核的質量越大,它所誕生的恆星尺寸就越大,單純因為恆星會有更多燃料進行聚變。

恆星的半徑由流體靜力平衡決定,即恆星中心的能量所產生的力和傾向於使恆星坍縮的之間的引力平衡,尺寸更大的恆星(主要是主序星)質量更大,內核產生的壓力也更大,因此,大質量恆星的聚變速度要遠遠超過小質量的恆星,這種更高的能量產率有助於平衡質量所產生的引力。它們的半徑也比低質量恆星更長。

包括太陽(中心)在內一系列恆星的赫羅圖例子。

與之不同的是像紅巨星等處於演化階段的恆星。一旦恆星內核的氫被耗盡,能量產生減少,恆星內核開始坍縮,但當恆星坍縮時,恆星內部的溫度升高,達到某些臨界點時,核心外殼的氫開始聚變,這種現象被稱為殼層燃燒,殼層燃燒會在很小的時間尺度下產生大量能量。這種能量的瞬間釋放導致恆星的外圍大幅膨脹,以致恆星變得十分臃腫。這就是為什麼你會發現一些恆星比太陽還要壯闊許多(如果將獵戶座一等星參宿四放在太陽的位置,它會延伸到木星的半徑之外)。

透過ALMA於2017年6月拍攝到的參宿四,這是迄今解析度最高的太陽系外恆星照片,也是ALMA首度清楚觀測到恆星表面

相關知識

恆星是一種天體,由引力凝聚在一起的一顆球型發光等離子體體,太陽就是最接近地球的恆星。在地球的夜晚可以看見的其他恆星,幾乎全都在銀河系內,但由於距離非常遙遠,這些恆星看似只是固定的發光點。歷史上,那些比較顯著的恆星被組成一個個的星座和星群,而最亮的恆星都有專有的傳統名稱。天文學家組合成的恆星目錄,提供了許多不同恆星命名的標準。

這張圖中的藍色恆星是所謂的藍掉隊星,它們是出現在赫羅圖上的左上角。

恆星質量是天文學家用來描述恆星的質量時所用的一個名詞,它通常是以太陽質量來列舉其它恆星與太陽的質量比較。例如天狼星質量大約是2.02太陽質量。恆星的質量會隨著恆星演化而不停的改變,因為恆星風的吹送或脈動的行為而拋出質量,或是從伴星獲得而增加質量。

藝術家觀念下在高密度分子雲誕生的恆星。

恆星質量流失(Stellar mass loss)是在一些大質量恆星上觀測到的現象,在此一事件的發生機制會造成恆星大部分的質量被拋射出去;或是在聯星系統中的一顆恆星質量逐漸流失至它的伴星或是星際空間中。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Jagadheep D. Pandian

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 你知道為什麼恆星質量越大,壽命越短嗎?
    除太陽外,宇宙中還有數不盡的恆星,光我們所在的銀河系就上千億的恆星,這些恆星有大有小,大的質量可達太陽質量的150倍,小的紅矮星僅有1/10的太陽質量。不管是質量大的恆星還是質量小的恆星,它們都有不同的壽命,總體表現為質量越大,壽命越短,質量越小,壽命越長。可以這麼說,恆星的壽命和恆星的質量是線性相關的。可能有些人會認為,質量越大的恆星它的核燃料不是越多嗎?核燃料越多不是應該燃燒越久嗎?
  • 為什麼恆星有不同的顏色?科學家又是如何觀測到恆星有不同顏色
    同樣, 由於星光太暗,我們用肉眼也很難分辨每顆星星的顏色,不少人 有「千星一色」的感覺0其實,恆星世界是姥紫嫣紅,五光十色 的。臂如織女星是白色的,老人星是杏黃的,參宿四是火紅的, 畢宿五是橙色的。五顏六色的星光不僅把星空裝扮得多姿多彩, 而且給天文學家研究恆星的化學成分、物理性質提供了重要的信 息。星星之所以會有不同的顏色,是因為它們的溫度不同。
  • 不同質量恆星能量釋放、物質密度、壓強是不一樣的
    ,所以恆星內部溫度並不是特別的高,這樣就使得傳導對於正常的恆星來講就不是那麼重要了,因為傳導的過程是通過粒子的相互碰撞來傳遞能量的,而這種方式如果有很高的效率,它要求粒子的密度是非常高的,這樣才能夠保證有足夠多的碰撞次數,只有在一些特殊的恆星白矮星、中子星這些星體裡面由於它們的密度特別高,所以傳導在這裡面有一個重要的作用,對於大部分恆星來講輻射和對流是它最主要的能量傳輸方式。
  • 很多恆星質量比黑洞都要大,黑洞一毛不拔!為什麼恆星還能發光?
    距離地球最近的黑洞是2800光年外的麒麟座V616,我們能觀測到它完全得益於它有一顆0.5倍太陽質量的黑洞,因為黑洞的引力擾動對這顆恆星的運行以及光譜都發生了變化,從而可以計算出這顆黑暗天體的質量高達太陽的9-13倍,而高於奧本海默極限的天體成了距離地球最近的候選黑洞之一!
  • 為什麼有的恆星質量變大了,但體積卻小了呢?
    它是小質量恆星演化末期的狀態,它主要是由碳構成的,外部覆蓋著一層氫氣和氦氣。而簡併的意思是幾個不同態具有相同的能量。隨著白矮星質量的不斷增大,它的電子就越緊密地擠在了一起,從而產生足夠強大的一個向外的壓力,來防止恆星因為自身的重量過大而坍塌。因此,雖然白矮星的質量是增加了,但是由於其內部電子的結合更加緊密,因此它看起來就更小了。
  • 恆星為何會有不同的顏色?宇宙中有比太陽溫度還高的恆星嗎?
    我們知道,地球表面的熱量幾乎全部來自於太陽輻射,而接收到的這點能量只佔到太陽向外釋放能量的22億分之一,況且從太陽到地球還要通過較長的宇宙空間,以熱輻射的形式才將能量從太陽的表面傳遞到地球大氣層,依據太陽照射時間的長短特別是入射角度的大小,地表所接收到的太陽能量會呈現不同的狀態,這也是為什麼地球的北半球在夏天距離太陽較遠,卻因為入射角度的增大,環境溫度反而變得增加的重要原因。
  • 太陽與其他的恆星有什麼不同,為啥被叫做太陽系?
    因為有太陽存在,當然就叫做太陽系囉。其實這種回答並沒有說清楚問題的實質,要真正說清楚,還是有幾分難度的。因此這個無人問津的問題,俺還是來認真說說。太陽系之所以叫太陽系,至少有如下幾個因素:1、因為這個系統裡有地球存在,地球上有你我他這樣的人類存在,這些人類把地球圍繞著公轉的那顆恆星叫做「太陽」,因此就有了太陽系。
  • 八大行星各有不同,為什麼恰巧都被安排在同一平面上?
    太陽系的主心骨是太陽,它幾乎佔據了整個太陽系的質量,只留下0.14%的殘渣廢料構成了太陽系的其他部分,包括了我們八大行星。圖:太陽系恆星和行星的大小比例示意圖而原料則來自於一朵較為集中並且巨大的雲,由氣體和塵埃組成,裡面包含了構建太陽系的所有原材料。
  • 恆星和行星的區別 恆星和行星有什麼不同
    除此之外,還有一種天體是恆星,離地球最近的恆星是太陽。那麼,恆星和行星的區別在哪裡呢?和小編一起來看看吧!  恆星和行星的區別  恆星是一種由發光球體的等離子體,通過其自身重力保持在一起的天體。離地球最近的恆星是太陽。夜間,從地球上可以看到許多恆星,由於它們與地球之間的距離很遠,因此它們在天空中顯示為多個固定的發光點。  行星,通常指自身不發光,環繞著恆星的天體。其公轉方向常與所繞恆星的自轉方向相同。一般來說行星需具有一定質量,行星的質量要足夠的大且近似於圓球狀,自身不能像恆星那樣發生核聚變反應。
  • 恆星質量的不同也將導致其歸宿不同
    在宇宙之中,行星的年齡並沒有和人類一樣,有一個大約的壽命期限,在宇宙之中甚至還存在著自宇宙誕生之後不久存在著的恆星。2018年,美國天文學家發現了可能是宇宙中最古老的恆星之一,它幾乎只由宇宙大爆炸噴射出來的物質構成。
  • 宇宙中超大質量黑洞的形成,是否與周圍的星際氣體和恆星有關?
    但是,黑洞也有不同的類型,比如,由我國天文學家發現的已知最大恆星質量黑洞LB-1,便是一種不同於中等質量恆星黑洞和超大質量黑洞的恆星質量黑洞。而在所有大型星系中心,都普遍存在的超大質量黑洞,其平均密度則要比其他類型黑洞低得多,甚至可以低於我們地球上的空氣密度。原因並不複雜,一個黑洞的施瓦西半徑值和自身的質量成正比,但它的密度卻跟自身的體積成反比關係。
  • 質量最高的恆星是哪顆?有比銀河系質量還要大的恆星嗎?
    宇宙中有沒有哪顆星的質量超過銀河系的質量?天下之大無奇不有,這是我們形容世上啥事啥人都有的一個常用成語!但宇宙比天下大多了,而且我們觀測過的宇宙連整個宇宙的九牛一毛都沒有,那麼請問,有比銀河系更大的恆星嗎?
  • 恆星的質量大小有極限嗎?最大的恆星能有多大?答案超出你的認知
    而在宇宙中比較普遍的一類天體就是恆星,它是宇宙的巨大燈泡,給寒冷黑暗的宇宙帶來了些許光明和溫暖。根據科學家的探測研究發現,恆星在宇宙的地位非常高,而恆星有可能也是宇宙大爆炸之後最早誕生的一類天體。為什麼這麼說呢?
  • 為什麼星星有不同的顏色
    天氣晴朗的時候,抬頭仰望星空,我們在驚嘆於夜空如此美麗的同時,會發現夜空中的星星的顏色各不相同,這無疑使我們的夜空增添了許多浪漫的氣息,但你考慮過這是為什麼嗎?原來,星星的顏色是由其表面溫度決定的,我們看到的星星都是恆星,恆星表面進行著劇烈的熱核反應,核燃料釋放出能量,產生較高的溫度,從而發出光線。我們的太陽也是一顆恆星。
  • 是什麼決定了恆星的命運?不同階段的恆星消耗燃料的速度是多少?
    在一個年輕的星團中,如上圖中的NGC265,其中有各種不同類型的恆星,從質量最大、溫度最高的o級和b級恆星,它們的質量一般是太陽的幾十倍、甚至幾百倍,一直到質量最低的m級恆星,即最紅、最暗的恆星。
  • 具有特殊亮度變化的恆星,與其他一般脈動恆星有何不同?
    相對而言,恆星天文學這個類目是我們目前涉獵相對更多的領域,關於它的探索歷史可以追溯到古代人類社會。然而,在諸多恆星中,有一種被稱作脈動恆星的天體,它是這個群體中更為特殊的存在。我們都知道,有不少的恆星都會出現亮度略微波動的現象,包括我們的太陽也不例外,尤其是當它們的外層出現收縮和膨脹這兩種情況的時候,但並不是所有的脈動恆星都具有完全一樣的特性。
  • 人有窮富不同,恆星也有三種死法,白矮星還能「借屍還魂」!
    宇宙萬物各不相同,但也有許多相通之處。比如我們這個宇宙一切都會死亡,包括大大小小的恆星。恆星大小不同,死法也不一樣,死後的屍骸也分等級。恆星的頂級屍骸是黑洞,二層屍骸是中子星,三層就是白矮星,四層是黑矮星。這有點像富人和窮人,雖然都免不了一死,但死法各有不同。
  • 最大的恆星有多大?「愛丁頓極限」是不是恆星的質量極限呢?
    最大的恆星有多大?「愛丁頓極限」是不是恆星的質量極限呢?宇宙中的恆星可以說是數不勝數,僅僅我們的銀河系就有數千億顆,而宇宙中又有數不清的星系,那些比銀河系大的星系,都是有著上萬億恆星的存在。恆星質量有一個下限值,大概就是太陽質量的8%,也就是木星的80倍左右,只有質量達到這樣的程度後,才能夠擁有足夠的引力使核聚變反應發生,而沒有成功被「點燃」的就是褐矮星,那麼恆星的質量有沒有上限呢?
  • 高速自轉:大質量恆星的「養生秘笈」
    一顆質量超過16個太陽質量的恆星,其特性與我們太陽相比會有一些極端。在它壯年階段,其半徑約為太陽的10倍,溫度超過3萬度,亮度是太陽的幾萬倍。但年齡不會超過一千萬年,而我們的太陽質量是小質量恆星,但它的壽命可以超過一百億年。
  • 宜居帶對恆星質量的要求
    【作者:餘生】對於恆星質量的統計分析,在銀河系裡面質量越小的恆星數量是越多的,質量越大的數量越少,在小質量恆星周圍產生宜居帶的概率應該更高,但是比質量更大的恆星一般來講不去考慮產生生命的可能性,一方面大質量恆星的輻射太強了,另一方面由於質量比較大,恆星的壽命相對來講比較短,可能根本來不及讓生命有長時間進化的過程,但是小質量的恆星壽命可以長到跟宇宙相同。