宇宙演化的第3个层次，天体是怎么演化的？

宇宙进化的第三层次是天体演化。根据天体形成的过程 ,又可分为 3 个时期。

1第一时期 : 原星系和原星系团形成期时间大约在大爆炸后 10～30 亿年 ,此时由中性原子和分子组成的气体尘云在引力场作用下逐渐凝聚为原星系和原星系团。

2第二时期 : 第一代恒星形成期时间大约在大爆炸后 30～40 亿年。此时原星系的气体尘云中密度较高的部分在自身的引力作用下会形成如太阳系大小的气尘盘 , 盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中不断释放出的引力能使原恒星变热。当中心温度升到 1 000 万度、足以引发热核反应时 , 一颗恒星就诞生了。这就是第一代恒星。恒星的质量范围在 011～100 个太阳质量之间 , 更小的质量不足以引发核反应 , 更大的质量会因核反应太剧烈而分解。

恒星的光和热来源于氢聚变为氦的核反应。它是一颗高温高压的气体火球。当核反应产生的辐射压力与引力平衡时 , 恒星的体积和温度不再明显变化 , 进入一个相对稳定的演化阶段。现在宇宙中恒星有 90 %处于这一阶段。这一阶段的恒星的寿命长短与它的质量的平方成反比。以第二代恒星太阳作比较 ,太阳的寿命约为 100 亿年 , 质量比太阳大 1 倍以上的第一代恒星 , 其寿命在 25 亿年以下 , 它们早已不存在了。质量比太阳小的第一代恒星如室女座 W , 现在还存在。

当恒星的氢全部聚变为氦后 ,产能过程停止、辐射压力下降 ,星核将在引力作用下收缩 , 叫做第一次引力坍缩。其中心温度升高 , 引发 3 个氦原子核聚变成碳的反应 , 重新大量释放能量。恒星的坍缩是一次剧变 , 亮度突然升高到 100 万倍 , 这就是天空中突然出现的新星 ,若干年后就消失。氦烧光后 ,第二次坍缩使温度升得更高 , 碳原子核进一步聚变成越来越重的元素 ,直到生成最稳定的铁为止。恒星核燃料烧光 ,发生第三次大坍缩 , 温度剧烈上升。

第一代恒星的初始质量为太阳质量的 8～50 倍 , 在核燃料耗尽后会发生极猛烈的爆炸 , 在短短几天内亮度增加到太阳的几亿至几十亿倍 , 称为超新星。历史上银河系上大多数超新星是由中国人记录的 , 如宋朝 ( 1054 年)记录的超新星 , 它爆发的时间约 1 年 , 其残迹就是现在的蟹状星云。它的中心有一颗体积极小 ( 约北京城一样大) 而质量大于太阳的星核 , 几乎全由中子紧紧堆成 , 称为中子星。

中子星的密度高达每立方厘米 1 亿吨。中子星及其外围的气云就是恒星死亡的残骸。质量更大的恒星最终将变为黑洞。黑洞是一种引力强大到连光线都无法“逃”出的天体。太阳和初始质量小于太阳 8 倍的恒星 , 可以不经过超新星爆炸而平稳地变为白矮星。

3/第三时期 : 第二代恒星的形成期,时间大约在大爆炸后 100 亿年。超新星爆炸中产生大量中子 , 引发各种核反应 , 生成各种铁以上的重元素直到铀。由超新星爆炸形成的原子气云重新凝聚形成第二代星系( 如银河系) 和第二代恒星。太阳就是第二代恒星。第二代恒星和第一代恒星最大的不同在于元素的组成。第二代恒星含有 98 %的氢和氦 ,2 %的各种重元素 , 而第一代恒星只有氢、氦和极少量的锂等轻元素 ,不含重元素。