恒星的一生经历了哪些演化阶段

Question

如题所述

Answer 1

恒星的一生经历了多个演化阶段，下面是这些阶段的详细描述：
1. 恒星形成阶段：恒星的形成起始于分子云内部的引力不稳定，这种现象可能是由超新星的冲击波触发，或者是两个星系的碰撞（例如星爆星系）。当某个区域的密度达到或超过金销槐斯不稳定性的标准时，它将因为自身的引力开始坍缩。分子云一旦开始坍缩，密度较高的尘埃和气体就形成了所谓的包克球，这些球体可能含有高达50倍太阳质量的物质。随着小球继续坍缩，密度不断增加，引力位能转化为热能，使得温度升高。当原恒星云接近流体静力平衡时，原恒星在核心形成。这些主序前星通常伴随着原行星盘，并且主要的能量来源是重力收缩，这一过程至少需要一千万至一千万五百万年。质量低于2倍太阳质量的早期恒星被称为金牛T星，而质量较大的则是赫比格Ae/Be星。新生的恒星通过两极喷出的喷流降低角动量，这些喷流可能由附近的大质量恒星辐射驱动，有助于驱散周围残留的云气。
2. 主序星阶段：恒星的大部分生命周期是在主序带上，这里是恒星将氢聚变成氦的高温和高压环境。在主序带上，这样的恒星被称为矮星。从零龄主序星开始，氦在核心的比例逐渐增加，核心的核聚变速率也随之增加，恒星表面的温度和亮度保持同步增长。以太阳为例，据估计，自它进入主序带以来，在它的46亿年生命中，亮度已经增加了大约40%。每颗恒星都会形成由微粒组成的恒星风，这种质量损失对大多数恒星来说是可以忽略不计的，但对于大质量恒星来说，质量损失显著，可能影响其演化。恒星进入主序带的质量若超过太阳质量的50倍，在主序带的阶段可能失去一半以上的质量。恒星在主序带上停留的时间取决于其燃料量和消耗速率，即开始的光度和质量。对太阳而言，预计它的寿命有一百亿年。大质量恒星燃烧燃料快，生命周期短；低质量恒星燃烧燃料慢。质量低于0.25太阳质量的恒星，即红矮星，几乎全部质量都是可燃燃料，但对于1太阳质量的恒星，只有大约10%的质量是燃料。结合它们缓慢的燃烧速率和可用的燃料量，依据恒星演化的计算，0.25太阳质量的恒星至少可以维持1兆年（10^12年），而对于以氢为燃料的质量最低恒星（0.08太阳质量），将可以持续燃烧12兆年。
3. 红巨星阶段：质量不低于0.4太阳质量的恒星在耗尽核心的氢之后，外层气体开始膨胀并冷却，形成红巨星。大约50亿年后的太阳，当进入这个阶段，它将膨胀至最大半径，大约是1天文单位（150 × 10^6千米），是现在的250倍。成为巨星时，太阳大约已失去目前质量的30%。质量达到2.25太阳质量的红巨星，氢燃烧程序会在围绕核心周围的壳层进行。最后，核心被压缩至可以进行氦聚变，同时恒星的半径逐渐缩小且表面温度增加。更大质量的恒星，核心区域会直接从氢聚变进入氦聚变。在恒星核心的氦耗尽之后，核聚变继续在围绕高热的碳和氧核心的壳层内进行，然后沿着与原来红巨星阶段平行的路径继续演化，但表面温度较高。
4. 超新星阶段：在氦燃烧阶段，质量超过9倍太阳质量的大质量恒星会膨胀成为红超巨星。一旦核心燃料耗尽，它们会继续燃烧比氦更重的元素。核心继续收缩直到温度和压力足以让碳融合（参考碳燃烧过程）。这个过程会继续，直到下一步骤燃烧氖（参考氖燃烧过程）、氧（参考氧燃烧过程）和硅（参考硅燃烧过程）。在恒星生命接近尾声时，核聚变可能在多层类似洋葱壳的层中发生，每一层燃烧不同的元素燃料，最外层是氢聚变，第二层是氦聚变，依此类推向内。当大质量恒星将铁制造出来时，就到达了最后阶段，因为铁核的结合能比任何更重的元素都要大。任何超越铁元素的融合不仅不会释放能量，反而会消耗能量。同样，它也比较轻的元素紧密，铁核的分裂也不会释放能量。在较老、质量较大的恒星中，铁的惰性会积累在恒星核心。在这些恒星中的重元素可能随着自身运作方式到达恒星表面，形成所知的沃尔夫-拉叶星，从大气层向外吹送致密的恒星风。
5. 坍缩阶段：当恒星核心收缩时，表面辐射强度增加，创造出的辐射压将上层气体壳层推外，形成行星状星云。如果外层大气被推出后，残余质量少于1.4太阳质量，它就会收缩至类似地球大小，称为白矮星。白矮星缺乏进一步进行引力压缩所需质量。虽然一般恒星都是等离子体，但在白矮星内的电子简并物质已不是等离子体。在经历非常漫长的时间后，白矮星最终会暗淡至成为黑矮星。更大恒星，核聚变会继续进行，直到铁核有足够大小（大于1.4倍太阳质量）而不再能支撑自身质量。在反β衰变或电子捕获爆发之后，电子进入质子内形成中子、中微子和伽马射线，使核心突然坍缩。由这种突然坍缩产生的激震波造成恒星剩余部分爆炸成为超新星。超新星非常明亮，短时间内亮度可与所在星系所有恒星亮度相当。当它们发生在银河系内，就是历史上曾经肉眼可见和记录，但在之前不存在的"新恒星"。超新星爆炸使恒星大部分物质散射出去（形成如蟹状星云这类云气）。剩下的可能是中子星（有些被证明是波霎或是X-射线爆发），或者在质量最大恒星（剩余质量必须超过4倍太阳质量）会形成黑洞。中子星内的物质是中子简并物质，以及可能存在核心但极不稳定的简并物质，QCD物质。物质在黑洞核心所处状态是迄今为止仍不了解的。垂死恒星抛出外层物质包括一些重元素，可能成为新恒星原料。这些重元素可以形成岩石行星。从超新星和大恒星恒星风抛出的物质在星际物质构成中扮演重要角色。