不同恒星的演化有何差别?
不同的恒星演化差别很大。这个分支展示的是中小质量的恒星的变化,从“主序星”(氢燃烧阶段),到后续的“红巨星”,再到星云的抛射,把它包层的物质以信封的方式抛射出去,残留下一颗白矮星。在宇宙里,最多的恒星死亡的残骸就是白矮星。
大质量的恒星(8个到10个太阳质量以上的恒星)的演化完全是另一种结局。如果说中小质量恒星是比较平静地结束生命,大质量恒星是以非常狂暴、剧烈的方式结束生命,称为“超新星爆发”。当它中心的核反应接近停止,变成“红超巨星”之后,在它的核心往往会形成一个铁构成的核。这个铁核的坍缩会释放非常巨大的能量,把恒星绝大部分的包层物质都炸碎,遗留下一个超新星遗迹。这是非常著名的“蟹状星云”。这个超新星爆发在1054年,在北宋文献里有非常详细的记录。爆发之后,它遗留下一个致密的核,这个核不再是白矮星,变成一颗中子星。根据研究,白矮星的质量存在一个上限,这个上限被称为“钱德拉塞卡极限。
钱德拉塞卡是1993年诺贝尔物理学奖得主,一生重要的贡献是得出白矮星质量不能超过1.4倍的太阳质量。在白矮星内部靠电子的简并压力来支撑它的引力。但如果超过1.4倍太阳质量,电子简并压力就没办法再抗衡引力,所以白矮星必须要坍缩,变成一颗中子星。中子星在形成的时候,初始质量往往已经达到或超过钱德拉塞卡极限。它的结局是以中子的简并压力来抗衡引力,但是和白矮星类似,中子星也有质量上限。这个质量上限最早是研究中子星的美国物理学家奥本海默发现的。奥本海默是原子弹曼哈顿计划的领导人,他发现中子星的质量一般不能超过3倍太阳质量左右。如果更高的话,中子的简并压力没有办法抗衡引力,所以结局也是坍缩。因为引力不可避免地最终主导了整个坍缩过程,所以坍缩的结果是形成了一个黑洞。因此黑洞的形成来自大质量恒星的坍缩。这种坍缩可能经历中子星,然后再发生坍缩,也有可能核会直接坍缩变成一个黑洞。
这是大质量恒星演化的模拟。当它到死亡的时候,最终通过超新星爆发抛出它包层里面的气体,形成一个球对称或近似球对称的超新星遗迹。中心残留了一个致密的天体,这个致密的天体可以是中子星,也可以是个黑洞。
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