恒星的一生,质量不同命运不同

遥遥苍穹,浩瀚星河,冥冥之中,终归虚无。

宇宙之中,没有什么是可以永生的,恒星也一样。宇宙来自于虚无,终究也要回归于虚无,在宇宙漫长的生命中孕育的恒星同样。引力,恒星命运的主宰,恒星在引力收缩中诞生,一声也都在反抗引力,但反抗注定失败,也会在引力收缩中死亡。

但是从诞生到走向死亡的旅途里,不同的恒星有不同的命运。有的恒星注定过完短暂而波澜壮阔的一生,最终壮烈的死去;而另一些则平静的发光,缓慢的熄灭,很少引起关注,就像没有存在过一样。决定其命运的关键因素就是质量,质量越大,演化速度越快,越壮观,也意味着越快的消亡。

说起恒星,我们最熟悉的莫过于太阳,太阳也可以说是宇宙中恒星的样板。宇宙中大部分的恒星质量都小于8倍的太阳质量,这部分恒星占了整个宇宙恒星数量的90%。超大质量的恒星是极少数的,在银河系2000亿颗恒星当中,超过40倍太阳质量的只有10000颗。

恒星的诞生:生于诅咒般的引力。

我们的太阳系起源于一团旋转的气体云,称为原星云,气体绝大部分被吸收至引力中心,形成太阳,没有被吸收的形成一个圆盘,并从中诞生除了地球等行星。

恒星就像雨一样,是气体云中凝聚成的微滴,星际云往往绵延数百光年,主要成分为氢原子,伴有少量的氦原子,以及极少数的碳、氮等。宇宙中温度极低,部分的星际云会随着时间消散,只要极少数的星际云会形成恒星。只有特殊的扰动,才能加速恒星的形成。

其一,恒星集中在星系的巨大旋臂上,星系的悬臂会运送物质,这些物质扰动星际云导致气体被压缩,引发恒星的形成。其二,其他恒星的诞生或死亡,一般会释放强大的辐射同样会造成传染性凝聚效应,导致新恒星的诞生。其三,在某些星爆星系中,星系中心激烈活动,更加容易形成恒星。

但是,如果原始星云聚集的质量小于0.08倍太阳质量,恒星会开始冷却并缓慢熄灭,形成一颗褐矮星,或者说恒信刚形成就夭折了。大于0.08倍的太阳质量,具备了氢发生聚变的条件,恒星才可能继续被点亮,才能长大。太阳就是这样经历了3000万年才被点亮,之后又经历了45亿年,他才有机会见到你。

恒星的一生:燃烧自己,对抗命运。

恒星一般具有巨大的质量,自然也要面临巨大的引力作用,恒星之所以没有立刻发生坍缩,主要是因为不断发生核聚变。核聚变释放的巨大能量,在漫长的成长过程中与引力达到平衡。

恒星的主要元素是氢元素,恒星的核心一般具有极高的高度,太阳的核心温度就高达1500万开尔文,压强也达到地球额3000亿倍,这样的条件下氢质子快速运动而结合,即为聚变,氢聚变的主要产物为氦,四个质子聚合就可以形成一个氦核。1千克氢变成氦时释放的能量足以使一只100瓦的灯泡长鸣100万年。我们的太阳每秒有6亿吨氢变成氦,释放的巨大能量绝对超乎你的想象。正式这样的巨大的能力持续发生,才对抗了引力收缩。

恒星的死亡:命运难以扭转,死亡早已注定,但质量的不同决定了不同的死亡方式。

恒星当中有一个小不点恒星,他的质量大于0.08倍的太阳,保证他具有了发生核聚变的条件,但是小于0.3倍的太阳,以至于他的核活动相对比较弱,自然消耗也相对要小得多。作为一颗恒星,在茫茫的宇宙中注定默默无闻。他被称为红矮星,他的一生安宁而又平淡,没有太多的光彩,但是他们也活得最久,而成为恒星中的老寿星。终有一天,氢耗尽,他会平静的走向死亡,变成浓缩而寒冷的黑矮星。一颗红矮星寿命可达1万亿年,而宇宙的年龄只有138亿岁,所以现在的宇宙中还没有一颗死亡的红矮星。

火星

质量再大就是类太阳恒星,随着核反应的继续,氦元素在核心慢慢的积累、收缩、变热,太阳也越来越亮。再过50亿年,由于氢将耗尽,在引力作用下太阳进一步收缩,中心的氦被挤压产生大量的热,将会点燃恒星外层的氢,太阳将迎来一次膨胀,变成红巨星。红巨星虽然表面温度降低,但是个头会增大甚至100倍,因此太阳将会更加的亮,水星轨道也将被吞没,地球也将寸草不生,火星则有可能变得更加适合生存。随着恒星中心温度的继续升高以及中心氦的增加,将会再一次发生核聚变,生成碳和氧等元素。

之后太阳依然会在寒冷的宇宙中继续漫长的死亡之途,此时碳和氧不会再次发生核聚变,太阳依靠剩余的燃料氦和氢继续燃烧。但是引力依然强大,此时释放的能量已经不能和引力达到年轻时的平衡,无法再维持自己的稳定,太阳开始像一个风烛残年奄奄一息的老者尽力的呼吸,胸口也不停的跳动,呼出的气体被抛出化为灰烬,在太阳周围形成星云。也许千万年之后这些星云会漂流到宇宙的另一端,因缘际会将再一次于宇宙中的其他星云一起形成新的恒星。

核反应还是在不断衰减,燃料将尽,恒星在引力作用下迅速收缩,变成直径为只有几千千米。因为物质收缩会让星体表面温度大幅升高,以至于白热,变成一颗白矮星。现存宇宙中,类太阳恒星的结局大致都会变成一颗白矮星。白矮星会渐渐冷却,最后也将变成一颗黑矮星,但这可能要花几十亿年。

对于质量大于8倍的太阳质量的恒星,期内层被重压紧紧包围,当温度上升到8亿度时,氢和氦燃烧的残渣碳和氧将再一次的发生聚变,碳将聚合成氖和镁,释放更多的能量,继续推高温度。如果达到20亿度时,氧也开始燃烧,形成更重的元素,一条元素生产线就此建立。反应的洪流最后都汇集成铁,铁原子核十分特殊,无法进一步的核聚变。此时的恒星核心聚变停止,外层不断燃烧,并膨胀,变成一颗红超巨星。

恒星的核心随着质量不断增加,在引力作用下,核心密度愈来愈大,温度愈来愈高,终于出现剧烈的收缩,温度剧增,释放大量的光子带走大量能量,铁原子核被击碎,化为氦原子核。随着温度的进一步升高,氦核蜕变成基本粒子,质子、中子、电子,在重压下,电子将和质子结合,电荷中和变成中子。恒星核形成一个主要由中子组成的巨型原子核,即中子星。

中子星外围物质,向着中子化的核心撞去,并反弹回来,加上核心内爆释放大量的能量,进而在外层引发核聚变,已形成的元素俘获大量中子,生成重元素。当冲击波到达恒星表面,将吹开恒星外包层,变成超新星。

火星

超新星的爆发十分壮烈,对行星的演化也更为重要,因为大量的重元素都是超新星爆发而产生。组成我们的所有原子,除了大爆炸产生的氢,其余都是50亿年前的恒星爆发锻造出来的。从这个观点来说,我们所有的生物都是元素的重组,最终也都要再回归宇宙。

超新星的亮度持续时间,相对于恒星寿命来说几乎是一瞬间。剩余的漫长时间,他也会慢慢冷却,变成一颗孤寂的恒星尸体。

一旦恒星质量大于25倍太阳,这类的恒星将很可能形成黑洞。当核心质量大于中子星稳定极限时,大质量恒信或直接坍缩城黑洞。或者核心质量小于临界值,首先形成中子星,中子星进一步吸收物质,进一步坍缩城黑洞,并伴随极超新星爆发,同样会形成大量重元素。

总之,越是大质量恒星,寿命越短,当然也至少是百万年计的,死亡也越是壮观,形成的残骸密度也越大,甚至无限大的黑洞。但也是超大质量的恒星爆发,才有了我们人类,正是他们产生了构造我们的元素。

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