有趣的恒星"进化史",类似人的一生,起起伏伏,不甘平庸

如果恒星是一个生命的话,那它的进化史一定非常有趣。很多科学家认为恒星是宇宙中一个神奇的存在,为什么会用"神奇"这个词来形容呢?原因是恒星似乎是宇宙中能量的"发动机"。此外,恒星的寿命很长,所以在茫茫的宇宙中处于不同阶段的恒星也有很多,如果想看到一个恒星的一生,几乎是不可能的。但是,好在人类的智慧是无穷的,我们可以根据宇宙中观测到的所有不同阶段的恒星,根据这些恒星处于"进化"的阶段去模拟一颗恒星的"进化全周期"。

有趣的恒星

恒星研究,以有涯度无涯

在对未知事物的探索过程中,难免会产生一些懈怠和"不可知论"的悲观情绪,比如,我国古代哲学家庄子就曾经说过:"吾生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已。" 翻译成白话来看就是,最求真理是没有尽头的,而人类的生命是有限的,用有限的生命追求无限的真理,就很危险啊。庄子认为应该顺自然之规律,活在当下,乐在逍遥就好了。但是,困难从来挡不住人们对自己好奇心的满足。

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有趣的恒星"演化"——钱德拉塞卡极限

宇宙中恒星的变化,被称之为"演化",一个原因是恒星的诞生、成长、壮年和死亡周期很长,变化往往是缓慢的;另一个原因是整个变化周期是客观存在的,不受宇宙外界因素的干扰。

美籍印度裔著名天文学家钱德拉塞卡经过计算推测:一颗恒星核心质量小于太阳1.44倍的恒星将会演化为白矮星。核心质量大于1.44倍太阳质量而小于3.2倍太阳质量,整体为太阳8-15倍质量将演化为中子星,核心超过3.2倍太阳质量,演化为黑洞。这个发现后来被称之为"钱德拉塞卡极限"。

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低质量恒星(左旋)和高质量恒星(右旋)的恒星演化

钱德拉塞卡为人真诚,性格略微羞涩,不善言辞。在19岁那年,有幸获得印度政府的留学资助,只身前往英国剑桥大学学习。由于经费紧张只能坐轮船前往,在漫长的航线途中,他以运算打发无聊的时光,竟然奇迹般的发现恒星"进化"的不同观点。

当时,学术界主流观点认为白矮星是一切恒星演化的最终阶段,但是钱德拉塞卡的计算结果表明,当恒星的质量超过一定的上限之后,它的进化结果就不会是白矮星。由于这个观点非主流,所以钱德拉塞卡一直受到学术界排斥,没有一个人愿意支持他,他的观点也不被承认。

人生也许就像恒星的命运一样,也不是唯一的。30年后,人们接受了钱德拉塞卡极限,再过20年,钱德拉塞卡荣获诺贝尔物理学奖。

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诺贝尔奖

恒星演化的模型

目前,学术界主流的观点认为银河系包含了各个年龄,大小和质量的数千亿颗恒星。一个典型的恒星,例如太阳,在太阳耀斑期间连续发出少量的X射线,并发出较大的X射线。太阳和其他恒星由于内部深处的核反应而发光。这些反应将轻元素转变为重元素,并在此过程中释放能量。

能量从恒星中心区域流出,用来对抗恒星因自身重量而塌陷所需的压力。当燃料耗尽的时候,恒星崩溃,并且恒星核心的能量流停止。核心外部的核反应使垂死的恒星在"红色巨人"阶段开始不可避免的坍塌之前向外膨胀。

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如果恒星的质量与太阳的质量相同,它将变成白矮星。如果质量更大,它可能会发生超新星爆炸并留下中子星。但是,如果恒星的坍缩核非常大,至少是太阳质量的三倍,那么就没有什么能阻止坍塌,最终形成黑洞。我们银河系中最亮的X射线源是发生灾难性坍塌的大质量恒星的残留物,这些恒星就是中子星和黑洞。此外,恒星爆炸产生的巨大高温气泡也会发射X射线。

就像肥胖人群死亡的风险也比较大,恒星的演化速度和最终命运,也是取决于它的质量。很可笑吧,不知道是宇宙的规律还是巧合。

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一些另类的发现

近来,也有一些特别的发现,比如在一个星云中竟然形成了几百颗恒星,而且状态相近,可以认为就是星际尘埃和气体在某种条件下"聚合"而成的。我们在对银河系的近邻"仙女座星系"的观测过程中也发现她正在吞噬这其他的恒星和星系。所以,在恒星的演化史中,也不排除一些强者生存、弱者被蚕食的"丛林法则"。还好我们的太阳系仅仅在银河系的角落里,并不起眼。

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结语

尽管对恒星的演化已经有了大量的证据和理论,但是我们仍然知之甚少。人类对恒星演化过程的研究目前刚刚开始,探索还将不断进行下去,人类将会以有限的生命和勇气去挑战宇宙"无涯的神秘知识"。你也加入吧?

参考资料

1. NASA and Comics

2. Wikipedia

3. Baidu Wikipedia

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页面更新:2024-03-05

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