天体是怎样演化的?

夜晚仰望苍穹,满目星光。

在这些天体中绝大多数都是像太阳一样的恒星,它们能自己发光发热。与世间万事万物一样,恒星也是有产生、发展和灭亡的过程的。

1950年英国著名天文学家和物理学家霍伊耳提出了恒星演化理论,这个理论是对康德-拉普拉斯星云假说的发展,该理论指出了宇宙间各天体的起源和归宿,使人类对天体的认识更加深化了。

根据他的恒星演化理论,天体是诞生于原始星云,它们在诞生后将经历三个时期:

第一个时期是恒星形成阶段:

恒星起源于宇宙空间的大质量星云,实际的观测早已证实了质量是太阳10倍左右的这种星云的客观存在(据研究表明,诞生我们太阳的原始星云有数光年大小,质量是太阳的好几倍,这块大质量星云还同时诞生了数颗恒星)。

同时根据理论计算,这种星云的密度超过一定的限度时,就会在引力作用下收缩,聚集成团,内部压力和和温度相应升高。星云的主要成分是氢,所以收缩的星云表现为氢原子云。随着温度升高,氢原子开始电离,渐渐变成氢离子云。再进一步收缩,在重力、气体膨胀压力、磁场和自转的共同作用下,星云渐趋于球状,温度升高到几百摄氏度,开始发出红外线辐射。这样经过几千万年的演化,便形成了天文学家所称的“红外星”。红外星进一步收缩,内部压力增大到几乎可以与引力相抗衡时,收缩就减慢了下来。慢收缩后期,红外星内部温度渐渐上升到1000万摄氏度左右,这时氢核聚变为氦核的反应就发生了。

第二个时期是恒星相对稳定阶段:

当第一个时期经过几千万甚至10多亿年以后恒星便进入了第二个时期。由于核反应产生的巨大能量,使恒星内部压力增高到足以与引力相抗衡,使恒星不再收缩,因此,运动状态就基本平衡而稳定了下来。在这一阶段由于恒星内部产生的巨大能量经过若干年传递到了表面,所以表面温度升高并向外辐射出能量很强的可见光。比太阳质量大的恒星由于其内部压力和强度高,所以其核反应产生的能量就大,因而就亮度大,温度高,呈蓝色(我们太阳是黄色),

但是由于它抛出的质量大,所以在这一过程中的时间只有几千万年。相反比太阳质量小的恒星,亮度小,温度低,呈红色,由于它抛出的质量小,所以在这一过程中停留的时间要长达万亿年(宇宙至今还不到200亿岁)。

为了利用剩余的燃料,恒星会变得越来越热,燃烧的速度越来越快,恒星越来越亮,我们的太阳每11亿年亮度增加10%。当恒星中心温度升高达到一亿摄氏度,恒星中心外层的氢聚变开始,这一反应会迅速向外层转移,推动外层膨胀,使恒星的体积增大几千倍以上,变成了“红巨星”(太阳如果变成红巨星,半径会增加260倍)。

红巨星的内部高温又使氦发生核反应(就是人们常说的氦闪,持续时间短,但爆发释放的能量相当于整个银河系平时释放的量,拿我们太阳举例,如果到了太阳发生氦闪时,整个太阳系都会受到影响,到时地球人类只有离开太阳系另择星球居住,或像影片《流浪地球》那样把地球移往别的恒星系),再度提供极大的能量,使内部压力增高到可以与引力抗衡,恒星又稳定了起来了。

第三个时期是恒星走向死亡的阶段:

在经过10亿年漫长的红巨星阶段以后,恒星便进入了这一时期。红巨星末期表现为大小和亮度发生周期性的脉动变化,接着便进入了爆发阶段,即把大量物质抛射到星体的周围,形成一个像星云一样庞大的气环,

随后核反应停止,恒星自身巨大的向心引力失去它内部的核平衡力,收缩开始了,恒星由此进入了它的衰亡阶段。

质量在太阳1/3以下的恒星,衰亡是平静的,它的体积逐渐变小密度增大形成白矮星,半径最后缩到一万千米左右,密度却在每立方厘米一吨左右。质量大于太阳1/3而小于1.44倍太阳质量的恒星,包括太阳,它们的哀亡是比较激烈的,会抛射出“红巨星”那膨胀的外壳,新星爆发后的中心残骸形成了白矮星,一个太阳质量的白矮星体积大约和地球大小相当,

白矮星的体积与其质量成反比,其最高密度可达每立方厘米几十吨以上。比太阳质量大三倍以上的恒星,当核反应一结束,便开始了迅猛异常的坍塌。剧烈的坍塌将核心部分压缩成密度极高的状态,同时向外发出强烈的冲击波,使外层物质猛烈的向星空空间抛射,形成超新星爆发。爆发后的中心残骸形成了中子星,其物质密度高达每立方厘米一亿吨。

如果爆发后的残骸仍大于两个太阳的质量,那么它就会继续坍缩为黑洞。黑洞是一种引力极大,以致任何物质包括光线都无法向外逃脱的奇异极瑞天体。

这就是霍伊耳描述的恒星漫长的演化史。现代的天文观测发现,已经大部分证实了这一理论的正确性。他的恒星演化理论经过多年不断地完善,现已成为公认的科学理论。

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