5分鐘帶你瞭解恆星是如何度過它的一生的?超新星爆發是什麼場景

恆星是如何度過它們的一生的?恆星是所有星系的構成要素,而銀河系內,大約擁有兩千億到四千億顆恆星。它們構成了我們漆黑夜空中的星星點點,但恆星的存在也並非永恆,它們也會從氣體和塵埃雲誕生,度過各個階段的演化,直到最終死亡。

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我們先從恆星的誕生說起,恆星的誕生不是一瞬間發生的,而是一個為期數百萬年的過程。它們起源於星際物質,而星際物質充滿宇宙空間,平均密度約為十的負二十四次方克每立方厘米。當巨大的氣體和塵埃雲團坍塌時,恆星誕生。

隨著雲團的凝結,其中心開始形成一個熱物質核心,而那些沒有進入這個核心的其他材料,會變成行星、小行星和其他碎屑。此時的恆星質量和密度都比較小,體積比較大,還不能算作恆星。它們透過盤吸積的方式充實自己。隨著吸積的進行,它的質量會越來遠大,亮度也開始增大。溫度逐漸升高,直到進化成為一顆真正的恆星。

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我們稱之為星團,星團有兩種基本型別,球狀星團和疏散星團。球狀星團分佈在星系外緣,密度很大,包括數千顆甚至數百萬顆恆星。

其中主要是非常古老的恆星,疏散星團就和球狀星團很不一樣,它沒有那麼密集,而且裡面包括了很多年輕的恆星。在我們銀河系中的NGC3603 恆星形成區,就包括著一個龐大的年輕星團,它的內部到處籠罩著氣體和塵埃。

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於是恆星進入“紅巨星”階段,距離我們640光年遠的參宿四,就是一顆紅巨星,它的半徑在太陽的六百五十倍到一千二百倍間變化。

恆星的核心吸收的物質越來越多,它的溫度也變得越來越高,這並不是一個平靜的過程。處於這個階段的紅巨星,會不均勻地向外噴射物質。天文學家曾見過大量處於這一階段的紅巨星影象,將它們叫做行星狀星雲。其實它和行星一點關係也沒有,之所以叫這個名字。是因為從以前的低功率望遠鏡拍出來的影象來看,它們很像是有環系統圍繞的行星,螞蟻星雲就是其中的一種。

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可以看出,中心那顆類似太陽的恆星。正將自己的物質從外層噴射出去。幾十億年後,當太陽也進入這個階段,太陽系的內地行星,也就是水星、金星、甚至是地球。都會被吞沒,直到太陽再也沒有任何可以釋放的外層物質。那麼留下來的將是一個密度很大的小型核心。

像我們的太陽一樣或者更小的恆星,變成白矮星的緩慢過程,就是它們進而平靜的命運。但白矮星也不代表著結束,白矮星的未來演化目前只停留在推論階段。

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NASA的天文學家估計,太陽會變成白矮星,但是白矮星要在一百億年後才會變成一顆黑矮星。黑矮星是一種處於最低的能態。以碳為主和少量的塵埃構成的天體,它們無法再產生任何的能量輻射了。

假如有的話,偵測它們的難度也極高,但對於質量更大的恆星來說。默默地銷聲匿跡不是它們的做派,它們命中註定是要搞出一番大事業的。那些恆星界大塊頭的核聚變,不會止步於碳核聚變。而是繼續,直到鐵元素的出現。

這種爆發就是我們經常提到的超新星爆發,這是一場壯觀的爆炸性視覺盛宴。這種爆發發出的光及其耀眼,能使所在的整個星系都發出光芒,輻射釋放的能量,能與太陽一生的輻射總量相當。

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這種現象可能會持續幾天或者幾周,但用天文的時間尺度來看,這只是宇宙的一瞬間罷了。但在我們看來,它也是天文學中最壯觀的景象之一。目前人類的天文觀測史中,還沒有捕捉到超新星爆發的影象,但也有拍攝到一些超新星遺蹟,這是七千五百光年外的第谷超新星遺址。一五七二年,丹麥天文學家第谷·布拉赫,目睹了一顆超新星爆發,四個多世紀後,爆發留下了熾熱的碎片雲。

超新星爆發後又是什麼場景?超新星爆發後,恆星核心的坍塌依然繼續,所有的電子和中子都被擠到了一起,它們無處可去。最後被壓縮成了我們之前介紹過的中子星。在介紹中子星時,我們也說過,如果老年恆星的質量,約是太陽質量的八到二十倍時,它會經過超新星爆發變成一顆中子星。

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但如果恆星在爆炸前的質量,就比二十個太陽還要大。經過超新星爆炸後,恆星會轉變成為黑洞,沒有任何東西能夠從黑洞的身邊逃脫,就連光也不能,這是我們目前對恆星演化的所有已知結論。

看到這裡,還剩最後一個問題,恆星的存亡跟我們地球上的生命有什麼聯絡,你會有什麼答案?其實可以說跟地球上的一切都相關。最終,重力會控制住這些元素,將它變成新的東西,新的恆星,新的行星、小行星。甚至是有機體。

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正因為如此,我們體內的一些元素,我們呼吸的氧氣,我們骨骼中的鈣,我們血液中的鐵,所有人類體內的元素。都可以追溯到一百三十八億年前的大爆炸那一刻,可以說,我們都是恆星的產物,我們都是宇宙的星辰。

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