天文科普:恆星之死

什麼是恆星?這隻有一個近似的答案。可見的宇宙由大爆炸之後的兩種基本元素——氫和氦——構成的。經過大約5億年的膨脹,宇宙充分冷卻下來,氣體雲中的稍密集區域在自身引力的作用下聚集起來。這些就是星系的種子,在它們內部,圍繞著一些較小的聚集團塊,第一代恆星開始形成。

天文科普:恆星之死

隨著它們自身的坍縮,這些第一代原恆星內形成的氣體變得越來越熱。當氣體的溫度達到約10萬度,電子不再被約束在圍繞氫核和氦核周圍的軌道上,原子被撕裂,留下光禿禿的原子核和電子組成的熱等離子體。熱氣體試圖向外擴散,但由於聚集團塊的質量太大,引力佔了上風。隨著引力造成的坍縮的繼續,溫度進一步上升,質子移動越來越快,最後在幾百萬的溫度下,質子移動的如此之快,距離如此之近,以至於弱核力佔了上風,兩個質子相互作用,其中一個轉化為中子,同時發射出一個正電子和一箇中微子。這個中子和另一個質子在強核力的作用下融合在一起形成一個氘核。這個過程會釋放巨大的能量。以日常的標準來看,這個能量並不大。100萬份這樣的能量,與一隻蚊子飛行中的動能差不多。但以原子尺度來衡量,這就相當大了。一立方厘米的質子會釋放10的13次方焦耳的能量,足夠一個小鎮使用一年。

天文科普:恆星之死

兩個質子融合只是“融合大派對”的開始。氘核與第三個質子融合,形成一個輕版本的氦(氦-3),併發射一個光子,這些氦核配對融合成普通氦(氦-4)併發射兩個質子。最終形成了一顆恆星。核聚變(核融合)使得核心中的核燃料發生燃燒,併產生一個向外的壓力,使得恆星對抗引力坍縮並達到穩定。

天文科普:恆星之死

可供恆星燃燒的氫燃料數量有限,最終也會耗盡,那時引力再次佔據上風,恆星繼續曾被推遲的坍縮過程。如果恆星的質量足夠大,核心穩定將升至約1億度。此時,氫燃燒的廢物氦將被點燃,融合產生碳和氧,於是引力坍縮再次得到暫緩。

天文科普:恆星之死

但是,當恆星們的氦燃料也耗盡之後,它們將繼續坍縮,它們自己的電子也會被擠壓在一起。如果一個恆星大於太陽質量的1.4倍,它最終會變成一箇中子球,一個巨核。如果小於太陽質量的1.4倍,在電子間的壓力和引力達到平衡的時候,恆星就成了一顆白矮星。

這就是,恆星之死。


分享到:


相關文章: