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淺談質(zhì)量對(duì)恒星演化的影響及致密星的性質(zhì)
四川省南充高級(jí)中學(xué)2016級(jí)8班 楊榮添 2019/4/6 8:07:49
（接上頁(yè)）于不同質(zhì)量恒星演化后期內(nèi)部核反應(yīng)復(fù)雜程度不同，因而在圖上表現(xiàn)有分支。
由于He聚變的速率比H要快，因此在短暫的紅巨星階段后，恒星又會(huì)開始表現(xiàn)得不穩(wěn)定，He層外的H不斷向外燃燒，而He層內(nèi)由于He也消耗殆盡，又因?yàn)轭愄?yáng)質(zhì)量的恒星不足以引發(fā)更重的聚變反應(yīng)為其提供能量，此時(shí)的核心只能持續(xù)塌縮而不斷升溫。因電子簡(jiǎn)并壓與自身重力平衡的情況下，最終在這個(gè)厚重的氣體外殼包層中心形成一顆白矮星，外殼則被“拋灑”出去，形成行星狀星云，隨著溫度的下降，外層的H也停止反應(yīng)。余下的各種氣態(tài)原子因高溫發(fā)生電子躍遷而發(fā)出不同顏色的光。這也是行星狀星云五彩斑斕的原因。
在此之后相當(dāng)漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，白矮星因其不能重啟核反應(yīng)使其像褐矮星那樣不斷散失熱量而逐漸變暗，以致于最后成為一顆不可見的黑矮星。因白矮星冷卻至黑矮星需相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，以至于長(zhǎng)過(guò)宇宙目前的年齡，這也是目前還未曾在宇宙中找到過(guò)一顆黑矮星的原因之一。
（Ⅲ）m的8至20.30m0的恒星
該質(zhì)量區(qū)間內(nèi)的恒星屬于中等質(zhì)量的恒星，主要以光譜為F、A、B、O型的白星與藍(lán)星為主，它位于赫羅圖的左上部。中等質(zhì)量的恒星壽命短于更小質(zhì)量的恒星。主要就是因?yàn)槠渚薮蟮馁|(zhì)量促使核心區(qū)的核反應(yīng)速率比更小質(zhì)量的恒星更快，因此在短時(shí)間內(nèi)便耗盡自身的氫進(jìn)入演化后期，同之前所述的小質(zhì)量和中小質(zhì)量（類太陽(yáng)質(zhì)量）的恒星相同，核心區(qū)的H耗盡后會(huì)開始反應(yīng)He。再此之后，He的原料也會(huì)支撐不住核心的進(jìn)一步塌縮。由于恒星質(zhì)量足夠大，在外殼膨脹、內(nèi)核收縮的情況下，中等質(zhì)量的內(nèi)部可聚變的元素更多，并且越靠近核，聚變的元素也越重。較重的元素沉積在內(nèi)部，而較輕的則留在上部，這就使得演化后期的中等質(zhì)量恒星內(nèi)部如洋蔥般層次復(fù)雜。聚變的元素越來(lái)越重，更重的元素聚變的時(shí)間也越短。諸如Si、P、S、Ca以及最后誕生的Fe。此時(shí)的恒星已隨著內(nèi)部逐層元素的聚變促使更重的元素生成，較輕的元素不斷向外遷移繼續(xù)反應(yīng)致使恒星膨脹得空前巨大，由于內(nèi)部元素的豐富度高于紅巨星，而體積比紅巨星也更大，這類由更大質(zhì)量的恒星膨脹形成的星體被稱為“超巨星”。
在之前已提到，穩(wěn)定的恒星內(nèi)部由內(nèi)而外的輻射壓與自身重力作用達(dá)到的動(dòng)態(tài)平衡。而輻射壓來(lái)自于核心區(qū)的核聚變所釋放的能量，在主序星階段，恒星主要聚變H，紅巨星及超巨星階段聚變氫后面鐵前面的元素，聚變較輕的元素的恒星消耗小部分能量，聚變生成更重的原子核后釋放更多的能量，因此恒星表現(xiàn)為釋放能量。要聚變更重的元素，恒星就必須提供更多的能量，但釋放的能量卻越來(lái)越少。在恒星生命的最后階段，情況卻有所改變，在恒星所聚變的元素中，鐵是最穩(wěn)定的，也是最重的。隨著鐵的生成，恒星自身卻無(wú)法提供足夠的能量使它聚變?yōu)殁�，但恒星卻不斷注入能量使鐵聚變，這時(shí)的恒星就是表現(xiàn)為不斷的在鐵身上消耗能量，但鐵卻無(wú)法放出能量產(chǎn)生輻射壓來(lái)抵抗恒星強(qiáng)大的重力。于是恒星的核則在重力作用下，極短時(shí)間內(nèi)塌縮，體積不斷變小，密度不斷增大。
從微觀角度看，原本相隔甚遠(yuǎn)的原子在強(qiáng)大的壓力下擠在一起，這時(shí)電子與電子間的一種斥力（電子簡(jiǎn)并壓）開始起作用，企圖抗衡收縮的壓力。恒星質(zhì)量較小，則可達(dá)成這種平衡，阻止核進(jìn)一步塌縮而形成一顆白矮星。但中等質(zhì)量恒星的質(zhì)量足以大到對(duì)內(nèi)核施加足夠大的壓力來(lái)打破這種平衡，從而促使內(nèi)核進(jìn)一步塌縮。在這種極端的情況下，電子被壓進(jìn)質(zhì)子形成中子。原子內(nèi)部原本廣闊的空間在壓力作用下塞滿了中子，與電子類似，中子與中子間也存在一種斥力（中子簡(jiǎn)并壓）促使中子不再被壓縮。這種由中子堆積而成的致密天體便稱為中子星。由于電子簡(jiǎn)并壓與中子簡(jiǎn)并壓相差懸殊（二者均由泡利不相容原理得來(lái)），而原子核間距與中子與中子間距也相差甚遠(yuǎn)，因此白矮星與中子星在體積和密度上也有很大差異。達(dá)成這種由中子簡(jiǎn)并壓產(chǎn)生的平衡后，由外層坍縮而企圖被壓縮的進(jìn)核的物質(zhì)最終被反彈回去，產(chǎn)生的震波由核向外，摧毀整顆恒星，從而引發(fā)極端劇烈的爆炸。由于所釋放的能量相當(dāng)巨大，促使整個(gè)恒星升溫并發(fā)出非常強(qiáng)烈的可見光。所釋放的電磁輻射在短時(shí)間內(nèi)突增。即便是相隔半個(gè)星系也清晰可見。爆炸產(chǎn)生的震波可擴(kuò)散至相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，而爆炸向外拋灑的物質(zhì)則在一定范圍內(nèi)形成不規(guī)則結(jié)構(gòu)，被稱之為超新星遺跡。（該類型超新星屬于Ⅱ型超新星爆發(fā)，在自然狀態(tài)下，大于8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星才可引發(fā)）。
超新星爆發(fā)的中心，恒星仍有物質(zhì)被遺留了下來(lái)，即在坍縮的由中子構(gòu)成的核（中子星）。恒星在發(fā)生爆炸前，可能數(shù)周甚至數(shù)月才能完成一周的自轉(zhuǎn)。根據(jù)角動(dòng)量守恒，恒星在被壓縮而體積減小時(shí)，自轉(zhuǎn)速率越來(lái)越快，原本直徑有數(shù)天文單位的巨大星體如今只有數(shù)公里的大小。如此看來(lái)，中子星以相當(dāng)快的速率自轉(zhuǎn)。最慢的可在一分鐘內(nèi)完成一周自轉(zhuǎn)，最快的則是以毫秒計(jì)算。中子星根據(jù)自身性質(zhì)可分為三類：普通中子星、脈沖星及磁星。<（未完，下一頁(yè)）
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