红巨星形成原因

2016-07-11 15:04 作者:admin 来源:网络

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上运动。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,引力占据了上风。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。
 

按一般理论,红巨星应有很厚的对流包层。一般认为,不少恒星在红巨星阶段大概要失去外层物质(这种物质可能形成行星状星云),然后成为白矮星。看来红巨星是大多数恒星要经过的重要演化阶段,但要搞清楚红巨星前后的演化过程,还需要解决许多实测问题和理论问题。