科普知识堆天文学概论7

第五章

恒星的起源和演化恒星起源和演化学说有关恒星起源和演化学说的发展，大体上可分为三个阶段：第一阶段，1850~1920年第二阶段，1925~1960年第三阶段，1960年至今

引力收缩阶段主星序阶段红阶段爆发阶段临终阶段天体的演化阶段/u55/v_OTE2MDE1MzI.html5.1引力收缩阶段

快收缩阶段：从星云过渡到恒星的阶段。

慢收缩阶段：当内部压力与引力几乎相等时，原恒星处于准流体力学平衡状态，便开始慢收缩过程。超新星汇聚引起加热原星盘Conservationofangularmomentumleadstotheformationofprotostellardisks

birthplaceofplanetsandmoons原星到恒星IgnitionofH

HefusionprocessesStaremergesfromtheenshroudingdustcocoon恒星形成的证据TheConeNebulaOpticalInfraredYoung,verymassivestarSmaller,sunlikestars,probablyformedundertheinfluenceofthemassivestar球体~10to1000solarmasses;ContractingtoformprotostarsBok

Globules:5.2主星序阶段

质量越大，光度越大，能量消耗越快，恒星停留于主星序的时间越短恒星的能力来源Inthesun,thishappensprimarilythroughtheproton-proton(PP)chainRecallfromourdiscussionofthesun:Starsproduceenergybynuclearfusionofhydrogenintohelium.TheCNOCycleInstarsslightlymoremassivethanthesun,amorepowerfulenergygenerationmechanismthanthePPchaintakesover:TheCNOCycle.能量传输Energygeneratedinthestar’scentermustbetransportedtothesurface.Innerlayers:RadiativeenergytransportOuterlayers(includingphotosphere):ConvectionBubblesofhotgasrisingupCoolgassinkingdownGasparticlesofsolarinteriorg-rays恒星结构Temperature,densityandpressuredecreasingEnergygenerationvianuclearfusionEnergytransportviaradiationEnergytransportviaconvectionFlowofenergyBasicallythesamestructureforallstarswithapprox.1solarmassorless.Sun流体静力学平衡Imagineastar’sinteriorcomposedofindividualshells.Withineachshell,twoforceshavetobeinequilibriumwitheachother:OutwardpressurefromtheinteriorGravity,i.e.theweightfromalllayersaboveOutwardpressureforcemustexactlybalancetheweightofalllayersaboveeverywhereinthestar.Thisconditionuniquelydeterminestheinteriorstructureofthestar.Thisiswhywefindstablestarsonsuchanarrowstrip(MainSequence)intheHertzsprung-Russelldiagram.能量传输结构主序星膨胀成红5.3红阶段

恒星离开主星序阶段，开始向红演化，质量特别大的恒星则向红超巨星演化。大部分脉动变星都是处于红巨星演化后期的恒星。红演化4H→HeHeH-burningshellkeepsdumpingHeontothecore.He-coregetsdenserandhotteruntilthenextstageofnuclearburningcanbegininthecore:Hefusionthroughthe“Triple-AlphaProcess”4He+4He

8Be+g8Be+4He

12C+g氦聚合WhenpressureandtemperatureintheHecorebecomehighenough,Henucleicanfusetobuildheavierelements:InactiveHeC,O红演化(5M

）聚合成更重的元素FusionintoheavierelementsthanC,O:requiresveryhightemperatures;occursonlyinverymassivestars(morethan8solarmasses).TheLife“Clock”ofaMassiveStar

(>8Msun)Let’scompressamassivestar’slifeintooneday…121234567891011121234567891011LifeontheMainSequence+ExpansiontoRedGiant:22h,24min.HburningH

HeH

HeHe

C,OHeburning:(RedGiantPhase)1h,35min,53sH

HeHe

C,OC

Ne,Na,Mg,ONe

O,MgH

HeHe

C,OC

Ne,Na,Mg,O121234567891011Cburning:6.99sNeburning:6ms23:59:59.996H

HeHe

C,OC

Ne,Na,Mg,ONe

O,MgOburning:3.97ms23:59:59.99997O

Si,S,PH

HeHe

C,OC

Ne,Na,Mg,ONe

O,MgSiburning:0.03msThefinal0.03msec!!O

Si,S,PSi

Fe,Co,Ni后主序星演化的终结M>8MsunM<4MsunEvolutionof4-8Msunstarsisstilluncertain.FusionstopsatformationofC,Ocore.Masslossinstellarwindsmayreducethemallto<4Msunstars.Reddwarfs:HeburningneverignitesM<0.4MsunSupernovaFusionproceeds;formationofFecore.5.4

爆发阶段

有行星状星云的核心爆发，新星爆发和超新星爆发。

/show/_sPbiIdn6fBiiOhu.html当恒星中得所有核燃料用完后,重力会战胜压力，恒星死亡。大质量恒星会在一个巨大的爆炸中死去——产生超新星。稍小点质量恒星会死在一个不那么引人注目的事件,称为一个新星恒星生命的终结红矮星Starswithlessthan~0.4solarmassesarecompletelyconvective.

Hydrogenandheliumremainwellmixedthroughouttheentirestar.

Nophaseofshell“burning”withexpansiontogiant.StarnothotenoughtoigniteHeburning.Mass类太阳恒星Sunlikestars(~0.4–4solarmasses)developaheliumcore.

ExpansiontoredgiantduringHburningshellphase

IgnitionofHeburningintheHecore

FormationofadegenerateC,OcoreMass质量损失和星风Starslikeoursunareconstantlylosingmassinastellarwind(

solarwind).Themoremassivethestar,thestrongeritsstellarwind.Far-infraredWR124类太阳恒星的遗迹-白矮星类太阳恒星建立一个碳-氧(C、O)的核心,它并不点燃碳聚变。氦燃烧壳不断倾销C和O到核心。C、O核心坍缩和物质堕向核心。

形成白矮星白矮星残留物(C、O核心)密度超高:

1汤匙白矮星:mass≈16tons!!!WhiteDwarfs:Mass~MsunTemp.~25,000KLuminosity~0.01Lsun沙滩球大小的WD物质将超过一个远洋班轮!白矮星密度高达1,000,000g/cm3（地球密度为5.5g/cm3）Lowluminosity;hightemperature=>WhitedwarfsarefoundinthelowerleftcorneroftheHertzsprung-Russelldiagram.钱德拉塞卡极限白矮星得质量越大其体积越小。压力变大,直到电子简并压力再也无法对抗重力。WDswithmorethan~1.4solarmassescannotexist!质量在双星中的转移在一个双星系统,每个恒星星控制一个有限的空间区域,洛西瓣（洛西表面）物质可以从一个恒球到另一个通过内心的拉格朗日点L1流到另一颗恒星。Lagrangepoints=pointsofstability,wheremattercanremainwithoutbeingpulledtowardsoneofthestars.循环的恒星演化双星系统中物质的转移可以显著改变了恒星的质量并影响他们的恒星演化。双星系统中的白矮星白矮星从同伴中吸积物质BinaryconsistingofWD+MSorRedGiantstar角动量守恒=>accretedmatterformsadisk,calledaccretiondisk.吸积盘中的物质可以被加热到~1millionK=>X-rayemission=>“X-raybinary”.T~106KX-rayemission吸积盘新星爆炸NovaCygni1975通过吸积盘吸到的氢附著WD表面非常热,致密层的非熔化氢在WD表面爆炸出现H融合新星爆炸新星遗迹在许多情况下,一颗新星爆炸后，质量重新转移。

周期的重复每隔几年,几十年的爆炸。TPyxidisRAquarii太阳的命运和地球的终结SunwillexpandtoaRedgiantin~5billionyearsExpandsto~Earth’sradiusEarthwillthenbeincinerated!Sunmayformaplanetarynebula(butuncertain)Sun’sC,Ocorewillbecomeawhitedwarf大质量恒星的死亡-超新星Finalstagesoffusioninhigh-massstars(>8Msun),leadingtotheformationofanironcore,happenextremelyrapidly:Siburninglastsonlyfor~1day.Ironcoreultimatelycollapses,triggeringanexplosionthatdestroysthestar:ASupernova超新星观测Supernovaecaneasilybeseenindistantgalaxies.I、II超新星Corecollapseofamassivestar:TypeIISupernovaIfanaccretingWhiteDwarfexceedstheChandrasekharmasslimit,itcollapses,triggeringaTypeIaSupernova.TypeI:NohydrogenlinesinthespectrumTypeII:Hydrogenlinesinthespectrum超新星遗迹TheCygnusLoopTheVeilNebulaTheCrabNebula:Remnantofasupernovaobservedina.d.1054CassiopeiaAOpticalX-rays同步加速器辐射和宇宙射线加速度超新星残骸的冲击加速质子和电子,极高的,相对论能量。

“CosmicRays”在磁场,这些相对论性电子发射宇宙射线同步加速器辐射著名超新星of1987:

SN1987ABeforeAtmaximumUnusualtypeIISupernovaintheLargeMagellanicCloudinFeb.1987SN1987A遗迹RingduetoSNejectacatchingupwithpre-SNstellarwind;alsoobservableinX-rays.局部超新星和地球生命Nearbysupernovae(<50lightyears)couldkillmanylifeformsonEarththroughgammaradiationandhigh-energyparticles.Atthistime,nostarcapableofproducingasupernovais<50lyaway.Mostmassivestarknown(~100solarmasses)is~25,000lyfromEarth.5.5恒星的归宿

------白矮星、中子星和黑洞白矮星白矮星的体积只有地球这么大，不过它的质量却和太阳差不多，因此它的密度大的惊人，质量和太阳类似的恒星，在进入红阶段后，内核会逐渐收缩，成为白矮星，而外壳在强烈的辐射作用下会继续向外膨胀，成为行星状星云。

光度低，表面温度较高，呈白色。质量0.2~1.1m⊙，质量极限1.44m⊙，温度5500~40000K。中子星，中子星的体积比白矮星还要小的多，直径只有几十公里，而质量却比两个太阳还大。质量极限2~3m⊙，半径10~20km。表面密度109kg/m3，中心1018kg/m3。黑洞，质量再大一点的恒星，在经过超新星爆发后，核心区域则可能会形成一个黑洞。著名物理学家惠勒（JohnWheeler）提出。小结0.88M⊙至1.4M⊙的恒星的演化3M⊙以上的恒星的演化一、新陈代谢是恒星演化的基本规律二、吸引与排斥的对立统一是恒星演

化的动力三、质量互变是恒星演化的主要规律5.6恒星起源与演化中的哲学思想

首先