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淺談質(zhì)量對恒星演化的影響及致密星的性質(zhì)
四川省南充高級中學(xué)2016級8班 楊榮添 2019/4/6 8:07:49
作為恒星演化的最終產(chǎn)物，在我國現(xiàn)代天文學(xué)領(lǐng)域，致密星的研究在射電天文學(xué)，高能天體物理學(xué)，天體力學(xué)及相對論的研究中應(yīng)用得越來越多。
致密星是宇宙間常見而強(qiáng)大的天然X射線發(fā)射源。我國貴州的“天眼”工程便欲利用脈沖星來建立“脈沖星計時陣”，參與未來脈沖星自主導(dǎo)航及引力波的探測。致密星在熱輻射、天體微觀粒子中對夸克的研究以及“奇異星”的理論中發(fā)揮了重要作用。除此之外，致密星也為我們提供了研究早期宇宙的線索。
致密星源于普通恒星，恒星質(zhì)量不同其演化過程也就不同，最終恒星消亡后的產(chǎn)物也就不同。
恒星和行星的最根本差別就是能否使自己的核心區(qū)域的高溫高壓足夠大到以致于引發(fā)最初階段的核聚變而發(fā)光發(fā)熱。由E=△mc2可知，在中子和質(zhì)子這種自由核子結(jié)合形成更重的核子后會將虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為巨大的能量，這便是恒星核心釋放的熱核輻射壓的來源。若一個天體內(nèi)部已足夠熱到能自發(fā)進(jìn)行(_1^2)H+(_1^3)H→(_2^4)He+(_0^1)n，證明該天體是一個恒星，恒星并沒有被強(qiáng)大的輻射摧毀便是因為自身的重力場約束。
最初的氫分子云便是形成恒星的原料，在其受到某些因素影響下（如附近引力擾動，熱量等），分子云的內(nèi)部局部密度開始出現(xiàn)不均勻。密度大處通過微弱的引力促使其它密度較小的區(qū)域與其合并，產(chǎn)生的引力促使越來越多的部分向其聚集，在宏觀看來，塵埃云團(tuán)塊螺旋進(jìn)入其中心。中心處的云團(tuán)由于自身引力作用開始收縮。微觀看來，氣體體積的收縮導(dǎo)致氣體分子間碰撞的機(jī)會增加，表現(xiàn)為核心溫度持續(xù)升高，由于角動量守恒，旋轉(zhuǎn)的氫分子云會由球狀體逐漸變?yōu)閳A盤狀，中心區(qū)域形成原恒星。當(dāng)原恒星的內(nèi)核開始進(jìn)行如上反應(yīng)后，原恒星便開始發(fā)出光和熱并向主序星階段邁進(jìn)。隨著兩極噴射的氣柱和產(chǎn)生的帶電粒子流（恒星風(fēng)）的作用，塵埃盤中心處的氣體被吹到外緣，而留下的固態(tài)物質(zhì)留下形成未來的行星。
（Ⅰ）M﹤太陽質(zhì)量0.08倍的天體（約80木星質(zhì)量）
0.08倍太陽質(zhì)量是目前理論的最小恒星質(zhì)量極限，小于該極限的恒星僅是氣態(tài)行星和紅矮星間的“過渡天體”，也就是褐矮星，該類天體只能依靠誕生時殘留的熱量發(fā)出微弱的可見光，其自身并不能真正意義上地“發(fā)光發(fā)熱”。因此隨著時間的推移，褐矮星在演化過程中體積表現(xiàn)為隨熱量的虧損而減小。和木星與土星一樣，褐矮星也能靠自身的輻射在兩極產(chǎn)生極光，隨著它的冷卻，大氣中的金屬原子便會形成液態(tài)的金屬云雨，因而使大氣產(chǎn)生強(qiáng)大的風(fēng)暴，風(fēng)暴掃過這些云層時會使紅外線逃逸出來，這樣我們邊可通過紅外線來發(fā)現(xiàn)它們，除此之外，褐矮星主要分為三類： M型：主要輻射紅光.2000K-3000K
L型：溫度1200-2000K.
T型：800-1200K.
在褐矮星演化的后期，它會冷卻到不會再發(fā)出任何可見光，體積相比于形成時小，密度相對增大的球體，但這并不能稱之為“致密星”。
（Ⅱ）m在0.08m0至8m0（注：m0表示太陽質(zhì)量）1.44m0即白矮星最高質(zhì)量，由物理學(xué)家蘇布拉馬尼揚.錢德拉塞卡1928年計算得出，即錢德拉塞卡極限。
該質(zhì)量區(qū)間的恒星主要是S、R、N、M、K、G型恒星，這些恒星的光譜中氫線較弱，金屬線較強(qiáng)，以及少數(shù)恒星含有特殊的分子帶，可見光中以紅、橙、黃為主，屬于宇宙中的小質(zhì)量恒星，但數(shù)量卻遠(yuǎn)大于質(zhì)量更大的恒星，這就是因為它們緩慢的演化。
和所有恒星一樣，此類恒星經(jīng)歷了從H分子云中誕生、原恒星、穩(wěn)定的主序星階段后進(jìn)入演化后期。有的紅矮星由于質(zhì)量較小，核中H消耗殆盡后，質(zhì)量尚不足以促使其引發(fā)He聚變。因此，這類恒星會由于自身的重力而收縮，在重力與電子簡并壓的平衡中結(jié)束生命，直接演變?yōu)橐活w白矮星。由于沒有引發(fā)He聚變，內(nèi)核也就不足以產(chǎn)生更強(qiáng)的輻射壓使其將外殼向外推移使其膨脹成為一顆巨星，也就不存在拋灑出去的氣體外殼形成的行星狀星云。而質(zhì)量和太陽相近的恒星（壽命約為100億年）經(jīng)歷90億年的H聚變后還有10億年的He聚變。
類太陽質(zhì)量的恒星在經(jīng)歷主序星階段后，也就是核心氫耗盡后，由于自身質(zhì)量達(dá)到足以使核心的壓力擠壓核使其收縮升溫，使其溫度升高到引發(fā)第二階段的He聚變所需的溫度，該階段可將He聚變成更重的C。由于此過程釋放的能量大于第一階段，導(dǎo)致恒星突然變亮，這便是“氦閃”，每次短暫的氦閃后，恒星都在赫羅圖中紅巨星的一個分支進(jìn)入另一分支。此階段的恒星表現(xiàn)為氫外殼膨脹，氦內(nèi)層不斷重復(fù)積累He到氦閃的過程，內(nèi)核便是收縮以提供更多的熱來進(jìn)行He聚變，這樣的結(jié)果便是導(dǎo)致He聚變生成的C、O積淀得越來越多。此時的恒星已因He核周圍的H聚變的發(fā)生使外殼膨脹成為一顆明亮而龐大的紅巨星，著名的大角星、畢宿五便是屬于這一類恒星，它們均位于赫羅圖的右上角，由（未完，下一頁）
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