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科學報 科學文摘 宇宙

什麼是恒星?它那億年“生命”的“旅途”又是怎樣的?


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更新日期:2022315
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圖解:這個藝術創造描繪了一個宇宙中的一顆褐矮星,或者說是失敗的恒星,創作:NASA/JPL-Caltech

一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星。聽到這首兒歌,大家有沒有思考過我們抬頭所看見的星星究竟是什麼?

如果我們抬頭仰望夜空,會發現數百萬顆如鑽石般閃耀的恒星。這其實是由氫和氦構成的球形等離子體(非常熾熱的氣體)。恒星是由寒冷的氣體雲因重力塌縮而形成的。當氣體被壓縮時,它們會升溫轉化為等離子體。

恒星的內核溫度取決於恒星的質量。當中心氣體的溫度被加熱到足夠高(大約為400萬攝氏度)時,氫就會聚變成氦,並且產生光子。

恒星的大小與質量和光度成正比。一般來說,如果恒星的亮度比我們太陽暗,被稱為矮星(dwarfs),若比太陽亮,則被稱為巨星(giants)。

恒星的誕生

在小質量的等離子球體(小於太陽質量的8%)中,其核心溫度不足以發生氫聚變,而成為一顆褐矮星(failed star),即失敗的恒星。因為它沒有足夠的質量來維持聚變。

對於比褐矮星質量大的恒星,其核心的聚變會產生光和熱,支撐著恒星免於進一步的塌縮。進入“主序”(main-sequence)階段,這是恒星生命中最長的一個階段。

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主序星

主序階段的確切長度取決於恒星的質量:恒星的質量越小,其燃燒它全部氫的時間也就越長。我們太陽的主序階段大約為100億年,太陽現正值中年。

在恒星的主序階段,恒星把內核所有的氫聚變成氦。當大部分氫被燃燒後,內核開始塌縮並產生更多熱量。

氫殼,在那裏依然有一些氫聚變成氦,恒星開始膨脹來散發熱量,這時它變的更冷更亮。這被稱為紅巨星階段。巨星的亮度為太陽的亮度為太陽的十倍到幾千倍之間。

超巨星甚至更亮,其亮度超過太陽亮度的1萬倍(有時甚至達到數百萬倍)。紅超巨星的半徑約為太陽的200到800倍,其質量約為太陽的10倍。

質量非常大恒星可以產生足夠的熱量成為藍超巨星。它們的質量可以是太陽的10到100倍。

恒星的凋亡

一個像太陽這樣的恒星,其核心最終將沒有足夠溫度去維持它的外層,因此在它耗盡所有的氫後,外層會被拋出。之後演變成行星狀星雲(本質是是環繞恒星的氣體雲),其恒星富含碳元素的內核溫度會下降變成“白矮星”。恒星達到9倍太陽質量會變成結構不同的白矮星。

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比白矮星質量更大的恒星會塌縮爆發為狂暴的超新星,它們大部分的質量會散失在周圍的介質中。其殘餘的小部分富含鐵元素的核心會繼續塌縮到主要由中子構成。稱為中子星。

恒星質量超過25倍太陽質量在爆發後會產生黑洞。黑洞是恒星經過超新星爆發後其核心質量為3倍太陽質量形成的。

圖解:資料顯示: 第穀超新星遺跡X-ray: NASA/CXC/Rutgers/K.Eriksen et al.; 視覺效果: DSS

一些超新星爆發後留下的殘骸還會演變為更多的恒星和行星。這就是為什麼說我們是由“星塵”構成的。

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獵戶座

那麼我們怎麼在夜空中找到這些失敗的恒星、巨星和超新星呢?獵戶座,一個迷人的地方,在那你可以看到不同類型的恒星不同的生命階段。

獵戶座最亮的一顆星是參宿七(Rigel),它是一顆藍超巨星,質量是太陽的20倍,半徑是太陽的100倍。

第二亮的是參宿四(Betelgeuse),一顆紅超巨星,10倍太陽質量,半徑是太陽的1000倍!參宿四已經進入生命的末期了。

在獵戶座的“劍”部分,有一片看起來很模糊的區域,那是獵戶座星雲。在這裏新的恒星在氣體和塵埃構成的分子雲中誕生。這些新恒星向周圍的其它發光,使星雲也充滿光輝。獵戶座星雲中一些明亮的恒星是我們肉眼可見的,它們構成了這個星座。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. phys-北落師門- Akila Jeeson

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