第1333章 红巨星

小说:文明的见证在线阅读  作者:独孤慧空
如造父变星、天琴座RR型变星等,除此之外,一些处于演化早期的恒星也出现在这一区域中,如金牛座的T型星等,但这一类的恒星周围常有弥漫的气体云,而一般的红巨星则没有,这是两者现象的一个不同之处。各类质量的恒星转化为红巨星的现象是不同的,对于质量较小的恒星(小于太阳质量的一半),氢耗尽后中心发生十分缓慢的收缩,最终在未引起氦燃烧以前就处于简并态的电子气的平衡态,因而收缩就会停止,而外壳则稍稍向外膨胀一下,即失去了可见光谱的辐射能力,转化为核心物质周围的冷的星云,核心部分外层剩余的氢由于不足以支持星体的辐射而逐渐熄灭,逐渐向简并态电子气平衡的核心收缩。星体核心物质转化为一颗白矮星而消亡,质量更大一些的、在太阳质量1.8—2.2倍以下的恒星,氢耗尽以后核心也收缩为电子气的简并态平衡状态,由于外层的氢燃烧产生的氦不断加入,氦核心质量不断增大,因而缓慢向内收缩,当中心的氦核心质量增大到0.45个太阳质量时,氦核心收缩的温度使氦被点燃,核心物质在简并态电子气平衡的条件下发生核燃烧,产生的热量使氦核心发生膨胀,进而恢复为电子气的非兼并态,然后形成稳定的核燃烧,质量更大的恒星,内部会在非简并态下直接发生核燃烧。
对于质量在太阳1.5倍以下的恒星,它在赫罗图的移动轨迹是一条底部略有曲折的斜向的曲线,当恒星移动到这条曲线的顶端时,即发生氦燃烧,尔后,由于恒星物质的热逃逸,氦燃烧变得平稳,光度下降【】,移至略向左倾斜一点的位置,处于长期的停留状态,而质量在太阳1.5倍以的恒星,在赫罗图的移动曲线主要表现为一条水平的曲折的向移动的轨迹,对于质量在太阳10倍以下的恒星,在移向赫罗图右端时发生氦燃烧,质量大于太阳10倍的恒星,在离开主序后的左端部位即发生氦燃烧,氦燃烧的结果是生成碳。
这个反应通常称为反应,实际是按照面两步进行的,直接进行反应的几率很小,由于生成的铍是具有放射性的,只要在非常短的时间内就会重新分解为氦,所以第二步的反应必须紧接着第一步的反应很快地进行,反应才能完整地发生,这就要求星体内部具有较高的密度和温度,这和氢的燃烧大不相同了。恒星内部的氦燃烧的时间比氢燃烧短得多,像太阳这样的恒星可持续10亿年,而质量在太阳几倍到几十倍的恒星,就只有几十万年到几千年,比主序星的寿命短得多,这就是为什么恒星大多分布集中在主序的原因。
恒星开始核反应后在反抗引力的持久斗争中,其主要武器就是核能。它的核心就是一颗大核弹,在那里不断地爆炸。正是因为这种核动力能自我调节得几乎精确地与引力平衡,恒星才能在长达数十亿年的时间里保持稳定。热核反应发生在极高温度的原子核之间,因而涉及物质的基本结构。在太阳这样的恒星中心,温度达到一千五百万开氏度,压强则为地球大气压的三千亿倍。在这样的条件下,不仅原子失去了所有电子而只剩下核,而且原子核的运动速度也是如此之高,以至于能够克服电排斥力而结合起来,这就是核聚变。
恒星是在氢分子云的中心产生的,因而主要由氢组成。氢是最简单的化学元素,它的原子核就是一个带正电荷的质子,还有一个带负电荷的电子绕核旋转。恒星内部的温度高到使所有电子都与质子分离,而质子就像气体中的分子在所有方向运动。由于同种电荷互相排斥,质子就被一种电“盔甲”保护着,从而与其他质子保持距离。但是,在年轻恒星核心的一千五百万开氏度的高温下,质子运动得如此之快,以至于当它们相互碰撞时就能够冲破“盔甲”而粘合在一起,而不是像橡皮球那样再弹开。四个质子聚合,就成为一个氦核。氦是宇宙中第二位最丰富的元素。氦核的质量小于它赖以形成的四个质子质量之和。这个质量差只是总质量的千分之七,但是这一点质量损失转化成了巨大的能量。像太阳那样的恒星有一个巨大的核,在那里每秒钟有六亿吨氢变成氦。巨大的核能量朝向恒星外部猛烈冲击就能阻止引力收缩。
然而,“恒定”的演化历程终将结束,当所有的氢都变成了氦时,核心的火就没有足够的燃料来维持,恒星在主序阶段的平静日子就到了尽头,大动荡的时期来到了。一旦燃料用光,热核反应的速率立即剧减,引力与辐射压之间的平衡被打破了,引力占据了风。有着氦核和氢外壳的恒星,在自身的重力下开始收缩,压强、密度和温度都随之升高,于是恒星外层尚未动用过的氢开始燃烧,产生的结果是外壳开始膨胀,而核心在收缩
在大约一亿度的高温下,恒星核心的氦原子核聚变成为碳原子核。每三个氦核聚变成一个碳核,碳核再捕获另外的氦核而形成氧核。这些新反应的速度与缓慢的氢聚变完全不同。它们像闪电一样快地突然起爆(氦闪耀),而使恒星不得不尽可能地相应调整自己的结构。经历约一百万年后,核能量的外流渐趋稳定。此后的几亿年里,恒星处于暂时的平稳,核区的氦在渐渐消耗,氢的燃烧越来越向更外层推进。但是,调整是要付出代价的,这时的恒星将膨胀得极大,以使自己的结构适应于光度的增大。它的体积将增大十亿倍。这个过程中恒星的颜色会改变,因为其外层与高温的核心区相距很远,温度就低了下来。这种状态的恒星称为红巨星。
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