一個恆星壽命是多久?低質量達上千億年,超大質量數百萬年

2021-01-12 張狂很好奇

現代科學認為,主要和其質量大小有關,通常來說恆星的核融合反應僅在核心區發生,恆星的質量越小,其內部的核反應速率越低,其壽命也越長,科學家估計一下,低質量恆星的壽命可能高達上千億年,而一些超大質量的恆星,可能僅有數百萬年的壽命。

質量如何影響恆星的壽命

恆星的能量之源,來自於核融合反應,在恆星的核心區,較輕的元素通過核聚變反應生成較重的元素,並釋放出大量的能量,由此產生的輻射壓用來抵擋外層物質的坍縮。同樣,恆星內部核融合反應的動力也是源自於恆星自身的質量。

因為要想引發核聚變反應,恆星內部必須要達到極端的高溫高壓環境,使粒子有更近的距離以及更高的能量來打破庫倫斥力,因此當恆星的質量越大時,由於自身引力的增加,恆星內部的壓力與溫度也會越高,更多的粒子會發生核融合反應,從而使恆星核心區更快的消耗自身的物質,最終導致恆星自身的演化進程加快。

在恆星核心區物質補充機制上,質量較大的恆星很難通過對流效應將外部的物質補充到核心區,而一些質量較小的恆星反而有利於這一點,使更多的物質輸送到核心區進行聚變,因此質量較小的恆星發光發熱的時間也就更長。通常來說,恆星的金屬豐度越高,恆星自身越容易吸收光子,從而導致恆星能量的外洩,以至於影響到內部的溫度壓力等因素,進而影響恆星的壽命。

恆星的壽命是多少?

在恆星的一生之中,其實包含許多演化階段,恆星因其自身的質量影響也會有不同的演化結果,科學家估計超大質量恆星的壽命可能僅維持數百萬年或者千萬年,就會演化為中子星或者黑洞,經過數百億年的發光發熱後,會最終演化為白矮星;一些質量非常小的恆星,其壽命可能高達數兆億年。

對於恆星而言,其不同的演化階段,往往也代表了不同的放能方式,將太陽看做是一個由大量氫粒子構成的氣態星體,實際的反應步驟是非常繁瑣的,而且有電子的參與。現代恆星模型認為,當太陽耗盡十分之一的質量後,將進入紅巨星階段,由於每次核聚變消耗四個質子,因此可以估算出以氫核聚變為主的紅巨星階段的核聚變次數,它等於太陽總質量與四倍質子質量之比再乘以百分之十,而輻射出的能量則等於核聚變總次數乘以單次核聚變釋放的能量,以氫粒子聚變為主的主序星階段所持續的時間,計算結果約為一百億年。

科學小總結:

現代科學認為,一些超大質量恆的壽命可能僅有數百萬年,而一些質量非常小的恆星,其壽命可能高達兆億年以上,我們的太陽作用一顆中等質量恆星,這個階段總共將持續一百億年左右,之後會演化為以氦聚變為主的紅巨星階段。

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