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恒星的终结时刻

 火树银花5 2017-11-01


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花开花落终有时

人有出生、成长、老去、死亡。庄子说过:“日方中方睨,物方生方死。”,意思是太阳刚升到正中,同时就开始西斜了;一件东西刚生下来,同时又走向死亡了。人们至今不明白自身存在的意义,甚至有人说人活着就是为了等待死亡。这或许是一个消极的说法,但宇宙中的万物都不可避免有终结之时(在时间维度上)。

有些恒星寿命有万亿年之久,但当它们燃料耗尽时,也会迎来生命的终结。每颗恒星根据质量不同结局也有所不同:可能变成白矮星、中子星、黑洞等致密星,也可能是完全摧毁——超新星爆炸(需要星球质量是太阳的八倍以上)。

我们的太阳将在40亿左右的岁数走向终结,它将膨胀,变红(在此过程中地球也将燃烧),不断向外抛射物质变成一个行星状星云,最终死去成为白矮星。

哈伯太空望远镜拍摄的天狼星联星系统,在左下方可以清楚的看见白矮星天狼伴星(天狼B)。

来源: wiki

恒星的一生

要了解恒星是如何工作的,我们来想象一个系统:当重力增加一点时,带来的压力增加会提高核聚变的强度,这反过来又会释放更多能量,从而防止重力崩溃。相反,当核聚变强度略微提升时,星球的膨胀会减小重力从而降低内部的压力水平,使核聚变趋于冷静。

哈伯太空望远镜拍摄的天狼星联星系统,在左下方可以清楚的看见白矮星天狼伴星(天狼B)。

来源: wiki

这个平衡会持续数百万甚至数亿年——直到结束。

只要燃料是足够的,恒星就能得以运转。恒星在内部核心是惰性气体氦,一旦氢气耗尽,也就是当核心到达约1亿摄氏度时,氦本身也开始燃烧。燃烧重新开始,但氦不如氢的高效,很快氦会被燃烧殆尽。恒星或许会燃烧氢气维持数亿年,但燃烧氦气带来的寿命延续不过一百万年。

氦气融合的产物是碳和氧,同样的情形再次播放,但温度更高时间更短。一旦氦气被吸干,核心就会坍塌,并且温度会提高到10亿摄氏度,从而使燃烧继续。接着,在大约30亿摄氏度时,硅开始在核心燃烧,产生铁。周围包围着氧气,氖气,碳,氦气和氢气——像洋葱一样,星球的核心变得浑浊。

终结时刻

问题在于,铁的燃烧会吸收而不是释放能量。重力不断坍塌,铁原子被挤在一起。在不到一天的时间,经历数百万年的平衡后,恒星变成了一个坚实的铁核,一切都变得混乱不堪。再在几分钟之内,强烈的重力压力将电子挤进铁核,将质子转化为中子。小而密的中子核有能力抵抗重力的压力,不是通过释放能量,而是通过上述的称为简并压力的作用。

电子简并压力在恒星质量未超过钱德拉塞卡极限(1.38太阳质量)前能阻止核心的塌缩,这就是阻止白矮星崩溃的压力。质量超出这个极限而又没有燃料可以进行核聚变的恒星,将会因为电子提供的简并压力不足以抵抗重力,而继续塌缩形成中子星或黑洞。

2017年10月16日,国际天文界宣布人类首次观测到双中子星合并产生的引力波。

一个快速旋转的中子星脉冲星PSR B1509-58。

来源: wiki

超新星可以用两种方式触发:大质量恒星核心的重力塌陷,或是突然重新点燃核聚变之火的致密星。

大质量恒星由于核心质量太大不能形成白矮星,又未能达到足以承受氖转换成氧与镁的质量,在融合成更重的元素之前,就将经历重力崩溃的过程,从而释放重力势能,产生超新星爆炸。

在恒星转化为致密星后,还有可能可以通过吸积从伴星累积所足够的质量或直接合并伴星,提高核心的温度,点燃碳融合,并触发失控的核聚变,产生爆炸将恒星完全摧毁。

内容选自:SPACE/wiki

翻译:小弥弥子

校对:临安

责任编辑:解仁江

牧夫新媒体编辑部

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对超新星1054的记录。

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