天天科普 | 恒星生命走到终点时,将会发生哪些大事?

宇宙中一共有多少颗恒星呢?晴朗无月的夜晚,且无光污染的地区,一般人用肉眼大约可以看到6000多颗恒星,借助于望远镜,则可以看到几十万乃至几百万颗以上。科学家们发现,宇宙里的恒星总数可能有3×10∧23颗恒星,比地球上的所有海滩和沙漠里的总沙粒数量都多。其实一颗恒星并不能永恒存在,它同样经过诞生、成年、中年、衰退演化阶段。在恒星消亡时究竟又会怎样结束它波澜壮阔的一生呢?

科学家认为,“恒星的寿命、演化特征,以及最终归宿,都是由质量和金属丰度来决定的,质量是最重要的因素,金属丰度是次要因素。”

恒星的一生,都在与其自身引力做斗争。在内部的氢元素逐渐聚变为氦、碳、硅,直到铁元素的过程中,会产生巨大能量来支撑恒星与其自身引力相抗衡。质量越大、金属丰度越低的恒星,其核聚变的原料更加充沛。当所有的核聚变原料用光,恒星将无法再抵抗引力,自行坍塌,走向生命的终点。

我们大家都知道,离我们最近的恒星太阳是一颗主序星,她正值中年,很有活力,生机勃勃。但大约50至60亿年之后,在内核的氢被耗尽时,它开始进入老年时期。

此时它开始燃烧核心外围的氢气层,虽然惰性的氦核本身不带有能量,但在重力的收缩和加热下,开始带动周围的物质一起产生更多的光和热,让恒星有机会散发出一生中最耀眼的光芒。这样的改变除了增强恒星的亮度,也让体积快速膨胀,当体积膨胀的程度超过发光能力时,恒星表面的有效温度下降使得恒星的颜色更倾向于红色,因此又大又红的恒星才被人们亲切地称之为红巨星。

太阳系示意图

太阳进入红巨星阶段,它会吞噬掉它心爱的孩子水星、金星,甚至接近地球轨道。这时地球上的环境就会变得非常恶劣,不适宜生命生存。我们唯一存活的希望就是,在灾难降临之前远远逃离,并寻找一个新的太阳系来安家。

红巨星吞噬行星


以太阳为代表的小质量恒星,进入红巨星阶段后,演化速度大大加快,中心区域温度持续升高,密度不断收缩,最后抛掉外层气壳,剩下一颗致密和炽热的白矮星,继续发光几十亿年,渐渐消逝在宇宙的黑暗中。

神秘莫测的白矮星


质量和体积较大的恒星,在演化的终点会爆炸,迸发出盛大太空火焰,即超新星爆发。

这张图片是蟹状星云(Crab Nebula)的合成图,该星云是超新星爆炸的残留体。


目前已知超新星爆发后,有两种可能的演化终点:中子星和黑洞。

如果留下的恒星核心残骸质量足够大,在1.4-3个太阳质量之间,由于该核心密度极大,压强极高,可以将电子强行压入原子核,和质子结合成中子。使得原子核互相排斥的电磁力消失后,恒星成为一团密集的中子。这样的恒星被称为中子星。

中子星虽然是死亡恒星,但它仍存在着强烈的磁场,会在角动量守恒原理作用下高速旋转,因此在地球科学家的观测中中子星信号呈脉冲特性,因此获名脉冲星。

蟹状星云脉冲星(中子星)周围高活跃内层区域的X射线和光学图像合成图。

质量更大的恒星核心,连中子也被压碎,剩下的是一个密度高到难以想象的物质,它产生的引力场极为强劲,光也无法射出,成为黑洞。

哈勃太空望远镜拍摄到的人马座A星系内核,该区域曾被预言存在着超大质量黑洞。


从某种意义上来说,恒星是我们人类的造物主,我们地球的形成需要很多代恒星的诞生和死亡。尘埃和气体云的坍缩,产生了恒星,它们点燃了生命之火,闪耀了几百万甚至几十亿年,又在晚年膨胀,成为红巨星,它们的内核收缩变为白矮星,质量最大的恒星爆发,成为超新星,将它们制造的元素抛射到宇宙深处,这些元素将成为孕育下一代恒星的原料。这是一个循环,恒星生命的循环。

您想进一步了解有关恒星的故事吗?不如到我馆宇宙展厅参观“多姿多彩的恒星”展项,该展项用丰富的图片、文字和视频资料为您介绍了恒星多姿多彩的一生。

宇宙展厅展项“多姿多彩的恒星”


(武汉科学技术馆  黄静)

【编辑:付豪】

(作者:黄静)

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