白矮星、中子星、黑洞、超新星的关系是什么?

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白矮星、中子星、黑洞、超新星这些都是恒星演化的产物,只是不同质量的恒星,演化方式不同,太阳这样的恒星不会形成超新星,而是变称矮星。当一颗恒星耗尽自身所拥有的燃料后,依据它在生命后期的质量,恒星残骸可能会出现的演变方向大致有三种。第一个就是白矮星,第二个可能形成中子星,最后一个就是黑洞。

恒星不可能一下子变成黑洞,需要经过一个爆发的过程。超新星则是一些恒星在演化接近末期时发生的剧烈爆发,变成中子星或黑洞阶段。我们知道恒星通常是由一团等离子体物质组成的,靠强大的热核反应对外产生能量,同时还有强大的压力来支撑其庞大的身躯。当恒星在接近演化末期的时候,核原料消耗尽后恒星就会失去足够的质量和向外压力,于是外层物质就会开始收缩。

如果恒星的质量低于1.44倍太阳质量,那么这颗恒星就会朝矮星方向演化,比如我们的太阳,是不可能出现超新星爆发的。反之恒星的质量大于1.44倍太阳质量,那么演化方向就多样了,超新星爆发是比较常见的选择之一。

如果一颗恒星要变成中子星,那么质量就要更大一些,质量大于十个太阳质量的恒星才有机会变成中子星,恒星发生坍缩之后中子星就在中心位置形成。当然,如果这颗恒星足够大,比如达到数十倍太阳质量的话,演化末期则会演变成为黑洞,形成恒星级黑洞,这又是恒星的一种演化方式了。


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简单来说,它们都是源自恒星。白矮星、中子星和黑洞都是恒星演化的终点,而超新星是恒星形成中子星和黑洞之前的一个阶段。恒星最终会演化成什么样子,取决于它在主序阶段的质量。

恒星从星云中形成,其主要成分为氢和氦。在恒星的高温高压核心部分,氢不断被聚变为氦,同时释放出能量,产生辐射压以抵抗引力坍缩。恒星一生的大部分时间都是进行这样的过程,这个阶段被称作主序阶段。当核心部分的氢用完之后,如果是质量低于太阳一半的红矮星,它们的核心无法再继续进行氦核聚变。由于没有辐射压的支撑,红矮星将会不断发生引力坍缩而越变越小,直到电子简并压力起到支撑作用,结果形成密度很高的白矮星。

如果恒星的质量比红矮星更大,但小于8个太阳质量,那么,当氢耗尽时,核心收缩产生足够高的温度和压力,可以使氦进一步发生核聚变反应。与此同时,外壳向外快速膨胀,结果形成红巨星。当氦也耗尽之后,核心就会不可阻挡地坍缩为白矮星,外壳则脱离为行星状星云。事实上,对于质量更大的恒星,在氦之后还会进一步发生核聚变反应,直至生成镁,最终形成氧-氖-镁白矮星。

如果恒星在主序阶段的质量大于太阳的8倍,那么,恒星将会逐渐膨胀成红巨星,核心能够产生一直到铁的元素。最终,恒星内部失衡,导致恒星发生极为猛烈的爆炸,使得大部分物质被抛入太空中,这就是超新星爆发。在此期间,通过中子捕获过程还会产生比铁重的元素。不过,整个恒星并不会完全爆炸掉,核心部分将会残留下。

如果恒星在主序阶段的质量低于太阳的20倍,核心的引力坍缩将会突破电子简并压力,直到中子简并压力起到支撑作用,结果形成密度比白矮星更高的中子星。如果恒星在主序阶段的质量高于太阳的20倍,中子简并压力也无法起到支撑作用,最终所有物质被压缩到奇点中,形成一个就连光也无法逃逸的特殊时空区域,这就是黑洞。


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题主所说的四种事物都是恒星主序星阶段结束之后的产物,这四者之中,白矮星和中子星、黑洞、超新星没什么演变上的关系,而超新星和中子星与黑洞却有演变上的关系。下面分别解说一下。

恒星大都是以氢元素和氦元素为主要原料形成的内部进行着核聚变的星体,以我们的太阳为对照标准,那么小于太阳一半儿质量的恒星就是红矮星,它们的寿命都很长,因为内部的核聚变稳定而缓慢,一般都在千亿年以上,但是在它们的主序星阶段结束之后并不能形成白矮星,通常他们会渐渐形成黑矮星。

质量在太阳的一半以上到八倍以下的恒星,当内部的温度和压力不足以再进行合成新的元素时,就会渐渐熄灭,比如我们的太阳,大致会进行到碳或氧的阶段,之后它将无法再合成新的元素,这时的太阳已成为红巨星,并将渐渐熄灭,之后它的核心将剩下一颗白矮星,白矮星大致经过200亿年的能量散失辐射后会成为黑矮星。



质量大于八倍,太阳质量的恒星,在内部核聚变进行的铁元素的时候,就会突然发生超新星爆发,这一时刻的恒星就成了超新星。

超新星的时间通常都很短暂,只有前几分钟会很剧烈,而超新星爆发产生的伽马射线暴,通常都会在一分钟之内,这是它能量最强的时候,一般超新星爆发的总体过程阶段也不会超过三年,比如蟹状星云前身恒星的爆发大概经历了一年多时间,在这段时间中,超新星内部迅速合成了铁以及铁以上的多种元素,当它的能量无法再合成新的元素时,超新星爆发基本上也就结束了。



超新星爆发的恒星的质量也是不同的,其原始主序星的质量在8到30倍太阳之间,那么通常这样的恒星超新星爆发之后会成为中子星,如果是大于30倍太阳质量的恒星,超新星爆发之后则会成为黑洞。


所以可以说,宇宙中的中子星都是由超新星形成的,宇宙中的黑洞也绝大部分都是超新星形成的,不过有些超大质量的黑洞却不一定,因为有一些星系中心的黑洞乃至类型题等,都产生于宇宙之初,是因为宇宙之初有些物质和能量密集的区域,产生了一些大质量黑洞。


科普大世界

答:恒星演化的最终四种天体。


恒星内部的“拔河比赛”

恒星如太阳内部在发生着剧烈的核聚变,释放出巨大的能量,以光和热的形式体现出来,这也是人类生存的能量源头。由于万有引力的存在,恒星在进行着引力塌陷,恒心内部高温高压的环境促使了核聚变的发生,与引力塌陷达到平衡,但是随着燃料的“燃烧殆尽”,引力塌陷赢下了这场比赛,恒星将因自身的质量走向“白矮星”、“中子星”、“黑洞”、超新星。
#图片来源网络侵删,黑洞#

可爱的太阳最终归属会成为白矮星。

#图片来源网络侵删,白矮星#

太阳质量的8-30倍的恒星变为白矮星后并不会是最终归属,内部会继续塌陷收缩中间物质全部变为中子,密度极大,最终成为中子星,其外围恒星的物质会急速膨胀爆炸,释放巨大能量,也称为超新星爆发。

#图片来源网络侵删,中子星#


超过太阳质量30倍的恒星最终经过超新星爆发,中心物质引力塌陷到极致,中子亦被挤压到一起,密度极大,也就成为了黑洞。

#图片来源网络侵删,超行星爆发#



黑洞家的铲屎官

它们的关系得从恒星说起!

当一颗大质量的恒星核聚变到一定程度时,氢元素聚变为氦的过程完结,恒星的内部物质因为万有引力的作用,进一步聚变,生成更高原子量的元素。

这时恒星收缩为红巨星,当恒星的物质变成铁铀这类高原子量的元素,温度高到无法想象的程度,恒星进一步塌缩为白矮星。

白矮星燃料耗尽,其所放出的热量不足以抵御万有引力的压缩,原子外的电子全部被压到了原子核中,电子和质子结合成中子,使得恒星变成了一颗密度大到无法想象的中子星。

中子星的热量不足以抵挡万有引力时,就会进一步塌缩为黑洞!

在各个塌缩过程中,因物质摩擦和聚变,会产生大量的热量,如果恒星的质量不够,则万有引力过小,就会导致恒星剧烈爆炸。恒星爆炸时亮度突然变高,因此被称为超新星。

如果中子星的质量够大,同样情况,会进一步塌缩,从而形成为万有引力大到光子也无法逃逸的黑洞。

一颗恒星最终要变成黑洞,其质量最少要太阳质量的四倍以上,否则在塌缩过程中会因引力不够而爆发为超新星,最后爆炸成为星云。

而恒星的质量越大,其聚变速度越快,恒星的寿命越短。


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