| 恒星是一個不斷向宇宙空間輻射巨大能量的自引力熾熱氣體球。恒星的主要能量來源是在其核心處發(fā)生的熱核反應(yīng)，當(dāng)星體收縮或坍縮時也會釋放一定的能量。恒星為了維持足夠的內(nèi)部壓力來支持自身的巨大引力必須產(chǎn)生能量。恒星的結(jié)構(gòu)和演化受兩種相反的作用所支配：力圖使恒星坍縮的引力和企圖使恒星膨脹的內(nèi)部壓力。當(dāng)引力占優(yōu)時恒星表現(xiàn)為坍縮，壓力占優(yōu)時則表現(xiàn)為膨脹。由于恒星在不斷輻射能量，最終引力將使恒星坍縮為冷的致密星，如白矮星、中子星甚至黑洞。引力在恒星演化過程中將起決定性的作用。ffbV) 1. 恒星演化進(jìn)程概述O" 恒星的演化是天體物理中最基本的問題之一。恒星是怎樣誕生、生長、衰老和死亡的，這是一個十分復(fù)雜的問題，也是非常困難的問題。目前對恒星演化的進(jìn)程已經(jīng)有了相當(dāng)多的認(rèn)識，有一張比較清晰的圖象。隨著觀測和研究的不斷深入，恒星演化進(jìn)程的圖象會越來越清晰。C~]V3T 一般認(rèn)為恒星起源于星際物質(zhì)。在引力擾動作用下，星際物質(zhì)收縮成密度較大的彌漫星云，最后進(jìn)一步收縮成原始恒星。原恒星在引力作用下進(jìn)一步收縮，形成一個密度極大的核心，溫度越來越高，最終達(dá)到氫的點(diǎn)火溫度—?dú)渚圩優(yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)開始了，恒星進(jìn)入了主序星階段。~ 恒星將在主序渡過一生最長的階段。當(dāng)恒星內(nèi)部10%-20%的氫耗盡后，恒星就離開主序，向紅巨星發(fā)展。氫的聚變反應(yīng)停止后，恒星在引力收縮下，核心將達(dá)到氦點(diǎn)火的溫度，開始氦的聚變反應(yīng)。以后逐步進(jìn)入碳、氧、硅等燃燒階段，最后形成洋蔥狀的結(jié)構(gòu)，中心是最穩(wěn)定的鐵核。eZB9Hk 恒星最后的演化過程基本上取決于恒星的質(zhì)量，當(dāng)然與其他因素也會有一定關(guān)系。恒星演化的最后階段可能形成三種產(chǎn)物，即白矮星、中子星或黑洞。白矮星很早就在天文觀測中被發(fā)現(xiàn)了，理論上的分析由Chanderasekhar 在1931年完成。并因此而獲得1983年的Nobel物理獎。中子星的可能則早在20世紀(jì)30年代就被物理學(xué)家提出來了，但因?yàn)橹凶有堑闹睆街挥?0公里左右，很難觀測到。一直到1967年才由Hewish及其研究生Bell發(fā)現(xiàn)。Hewish因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)脈沖星而獲得1974年的Nobel獎。黑洞在物理上的預(yù)言更早，1798年大科學(xué)家Laplace就預(yù)言了黑洞的存在。 在廣義相對論的理論框架下討論黑洞是在1917年以后。|H 恒星最后的命運(yùn)取決于初始的質(zhì)量。由目前的觀測可知，恒星的質(zhì)量范圍大致在0.08M⊙(太陽質(zhì)量，下同)～ 120M⊙。質(zhì)量小于0.08M⊙的天體，靠其自身引力不足以通過引力收縮使其中心達(dá)到熱核反應(yīng)所需要的高溫，因而不發(fā)光，也就不能稱其為是恒星。I 對于質(zhì)量大于120M⊙的恒星，由于自身引力巨大，強(qiáng)烈收縮造成中心溫度極高，熱核反應(yīng)劇烈，輻射壓力（ 正比于T^4）將大大超過物質(zhì)壓，星體將急劇碰撞。而當(dāng)溫度下降后，核心處的熱核反應(yīng)停止，壓力下降，引力又開始起主導(dǎo)作用，星體再次收縮。這樣，星體以極高的速度進(jìn)行收縮-膨脹-收縮-膨脹的過程，最后將大部分質(zhì)量拋出，留下小質(zhì)量的恒星繼續(xù)演化。目前尚未觀測到質(zhì)量大于120M⊙的恒星。d(K^J 2. 小質(zhì)量恒星的演化（ 0.08M⊙～ 3M⊙）R<Pf 對于質(zhì)量和太陽類似的小質(zhì)量恒星，當(dāng)星核的氫耗盡后，熱核反應(yīng)停止，但能量仍在繼續(xù)向外輻射，由于沒有能量補(bǔ)充，引力將超過內(nèi)部壓力，使核心收縮，由此引起核心處和邊界上溫度上升，使氫在靠近核心的殼層內(nèi)再次燃燒，使更多的氦進(jìn)入核心。b{"|8 由于核心溫度尚未達(dá)到氦的點(diǎn)火溫度，因此氦核繼續(xù)收縮，溫度繼續(xù)升高，殼層內(nèi)氫的燃燒加快，能量向外傳播使外殼急劇膨脹，由公式L=4*p^2*sT^4可知，恒星表面溫度下降，變成紅巨星。當(dāng)核心繼續(xù)收縮使溫度升高到1億度時，氦達(dá)到點(diǎn)火溫度，開始氦聚變?yōu)樘嫉臒岷朔磻?yīng)，一部分進(jìn)而聚變?yōu)檠?。氦的燃燒過程非常激烈，被稱為氦閃。當(dāng)核心處的氦被耗盡后，中心形成碳氧核心。在引力作用下，核心開始收縮，溫度升高使氦殼層再次點(diǎn)火。? 氦殼層的燃燒使更多的碳、氧進(jìn)入核心，核心質(zhì)量增加，進(jìn)一步收縮，溫度升高，氦燃燒加快，外殼進(jìn)一步膨脹。對于小質(zhì)量恒星，引力收縮不足以達(dá)到碳的點(diǎn)火溫度，最終熱核反應(yīng)將停止。輻射壓力不再能平衡引力的收縮。當(dāng)核心繼續(xù)收縮，密度增加到10^6 g/cm^3時，電子的簡并壓力開始超過星體的熱壓力，最終與引力達(dá)到平衡。即成為碳氧白矮星。而外殼則繼續(xù)膨脹，密度越來越小，演化成行星狀星云。幾萬年后，行星狀星云將被吹散至宇宙空間，只留下孤獨(dú)的白矮星。當(dāng)殘存的能量散失殆盡后就變成黑矮星。 W 3. 大質(zhì)量恒星的演化 yc#J 對于大質(zhì)量的恒星，當(dāng)核心的氦耗盡后還將繼續(xù)演化。由于質(zhì)量大，光度也大，輻射的能量比小質(zhì)量恒星大得多，因而演化過程也要快得多。由于有足夠的質(zhì)量，氦耗盡后形成的碳氧核心將繼續(xù)收縮至碳點(diǎn)火溫度，發(fā)生碳閃。這個過程將一直進(jìn)行到核心形成鐵球?yàn)橹?。鐵是最穩(wěn)定的元素，鐵的聚變是吸收能量而不是放出能量。熱核反應(yīng)到鐵就停止了。沒有了輻射壓力的支持，強(qiáng)大的引力使星體猛烈收縮。PUmH 核心的密度急劇增加，電子的簡并壓已經(jīng)無法抗衡引力的坍縮。電子被壓入原子核產(chǎn)生反beta衰變使核心中子化并釋放出大量的中微子。中子的簡并壓將阻止核心的進(jìn)一步坍縮。強(qiáng)大的引力使外層物質(zhì)以極高的速度向中心坍縮，當(dāng)大量物質(zhì)撞上高度致密的核心時，就象無數(shù)發(fā)炮彈撞上無比堅硬的鐵壁，反彈回來形成強(qiáng)大的沖擊波，攜帶巨大的能量，把整個恒星炸碎。即超新星爆發(fā)。爆發(fā)的過程很短，但釋放的能量可達(dá)10^53erg。比其一生正常輻射的能量總和還要多。IvyIh2 超新星爆發(fā)后，大部分外層物質(zhì)解體為向外膨脹擴(kuò)散的氣體和塵埃云，核心留下一個高度致密的天體—中子星，其密度可達(dá)10^14 g/cm^3。鐵以后的重元素都是在超新星爆發(fā)中合成的，可以說，人類也是超新星爆發(fā)的產(chǎn)物。超新星的爆發(fā)機(jī)制是天體物理的一個重要課題，到目前位止尚未有滿意的解釋，還在探討之中。&WdT" 對于更高質(zhì)量的恒星，當(dāng)鐵核形成后，中子的簡并壓也無法抵抗住強(qiáng)大的引力坍縮。這時核心的引力坍縮將一直進(jìn)行下去，最后形成黑洞。bz | |
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