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二、恒星的起源与演化(1 / 1)

二、恒星的起源与演化

天体的所有起源演化理论都是一种推测,而且无法合理解释所有的天体现象,与物理事实相违背。在所有的天体的起源与演化理论中,恒星的起源与演化理论是比较完整和成熟的。关于恒星的起源演化也有很多种理论,大体上分为两派,星云理论(主流派)和超密理论。

星云理论的代表是亥姆霍兹和开尔文提出的星云引力收缩理论。这个理论发展成为了如今的主流理论,认为恒星由气粒(气体和尘埃。高密星前物质、弥漫物质、超密物质、氢气体)靠自身引力收缩形成星云,使星云变浓、升温、升压,导致氢气变成氢原子,吸收热量,温度和压力下降,引起核反应,形成原恒星,进一步形成恒星。恒星最后演变成为红巨星、变星、白矮星、中子星、黑矮星、黑洞,瓦解成为弥漫物质,重复上面的过程。其中核聚变和核裂变相互转化。所释放的引力能是点燃气体使星云变成星球的能源,引力能以光的形式辐射出去。星际物质是形成恒星的原料,也是恒星演化过程向宇宙空间发送的物质余迹,又是呼吸毁灭的余烬。根据这个理论,现在一般把恒星一生分为引力收缩阶段、主星序阶段、红巨星阶段(包括脉动阶段)、晚期阶段(爆发阶段)和临终阶段(高密阶段)共五个阶段。

太空里的气体物质的分布是不均匀的,在引力作用下形成了大小不同的星云,同时释放的引力能变成热能和辐射能加热星云。当星云温度达到100K,密度达到10-23~10-22克/厘米3,质量达到太阳的103~104倍时,星云开始在自引力作用下收缩,引起温度升高。当温度达到2000K时,氢分子分解成为氢原子,吸收大量的热,使星云压力迅速降低,温度急剧下降,形成小核——原恒星。并不是所有的星云都能够形成原恒星的,只有星云质量大于金斯质量的才可以。1926年金斯指出,形成恒星的星云有一个质量极小值,M≥3×104/T3/n,n为氢原子浓度,是根据金斯尺度公式求出来的:Rj=(V2/Gρ)1/2。原恒星继续收缩,温度升高到700万度以上时,氢就发生核反应,进入主星序,恒星正式诞生,主要能源从引力能变成核能。如果恒星质量小于太阳的0.07倍,则内部温度和密度就不能够引起氢核反应,只能继续靠引力收缩,不能够经过主星序,而直接从红矮星转化为黑矮星。恒星质量大于太阳的0.07倍时,就能够进入主星序阶段。不同质量的原恒星收缩成为恒星所经历的时间是不同的,质量越大的原恒星的收缩时间越短,在主星序的位置越高,离开主星序越快。观测到的球状体、中性氢云、电离氢云、HH天体等可能就是收缩阶段的过渡性天体。

一般把原恒星变成主星序的恒星的年龄定为0。由零岁恒星组成的星序叫做零龄主序。主星序阶段是恒星最长的阶段。质量小于太阳1.5倍的主星序以质子——质子反应为主,质量大于太阳1.5倍的恒星以碳氮氧循环为主。太阳停留在主星序的时间是100亿年,已经有约50亿年,目前的质子——质子反应约占96%,碳氮氧循环占4%。不同质量的恒星在主星序阶段时间是不同的,质量越大时间越短,15M日的恒星为1000万年,0.2M日的恒星为1万亿年。核反应产生的大量能量形成的斥力(辐射压力和高温高压气体压力)足与引力抗衡,恒星不收缩也不膨胀,处于稳定时期。随着核反应的进行,氢核能源逐渐减少,氦核能源逐渐增加,当氦的质量达到恒星总质量的12%时离开主星序阶段,进入红巨星阶段。它们的光谱型多数是K、M型,位于赫罗图的右上方,有较大的光度、体积,较低的温度。质量大于太阳1.5倍的恒星,当氢消耗到只有1~2%时,温度下降,恒星收缩,引力能变成热能加温恒星,使氢层膨胀,导致恒星体积增大(中心收缩而外部膨胀),表面温度降低,形成红巨星(温度低,不能引起氦核反应)。质量小于太阳1.5倍的星,由于温度低,密度大,电子成为简并态。氢的核能耗尽后,恒星开始收缩,温度靠引力能继续升高。当中心温度达到1亿度时,氦被点燃,进行氦碳核反应,大量的能量使电子简并态变成非简并态,恒星内部膨胀吸热,光度速减,发射红光,形成红巨星。当温度达到6亿度时,碳变氧镁的核反应开始。之后,当温度升高到20亿度时,氧变氖的核反应开始,直到核原料耗尽。随着氦等核能源的减少,进入晚期阶段。核能耗尽后进入临终阶段,可能形成白矮星、中子星或者黑洞,具体由质量决定:质量小于太阳1.44倍时可能形成白矮星,质量等于太阳4~8倍时可能形成中子星,质量很大时就可能形成黑洞。白矮星和中子星没有核能,靠剩余的热量发光,热能耗尽后就变成不发光的黑矮星。

哲学原理告诉我们,新陈代谢、吸引和排斥、质量互变等规律对天体一样适用。根据哲学原理我们知道,恒星演化是有生有灭的无限循环的过程,就是从星云物质变成恒星,恒星瓦解还原成星云物质(气体和尘埃),如此循环不休。发现新星通常与星云在一起出现可以说明二者之间的联系。气体微粒引力收缩成为星云,星云引力收缩成为原恒星,原恒星引力收缩引起核反应成为恒星,恒星核反应消耗核能源而发生质变,衰老死亡变成黑洞或者黑矮星。吸引使恒星收缩,主要就是万有引力作用,排斥使恒星膨胀,主要就是气体压力和电磁辐射所产生的辐射压力。

炁学提示:绝大多数恒星是天然存在和无生无灭的,只有河星系中心处的活动恒星是独立存在的恒星,是“离子态”的恒星,它们才有生有灭。星际物质是星球喷射出来的灰烬和气体,不是星际物质构成了星球。恒星外幔可能有壳化和融化的演化过程,在恒星冬季恒星幔壳化,在恒星夏季恒星壳融化。高温恒星没有星壳,低温恒星是有星壳的。有壳的恒星同地球相似,无壳的恒星同地壳融化的地球相似。

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