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改革开放,恒星为什么灼烁?何为恒星的生命止境?,卫斯理

admin3个月前155浏览量

恒星的寿数很长,但终有一天它们会走向衰亡。咱们从前研讨过最巨大的天体,构成这些恒星的能量源于单个原子之间的彼此效果。因而,想要弄懂世界中最雄伟雄壮的天体,咱们有必要从根本的原子动身。跟着恒星生命的完结,那些最根本的原理将再次发挥效果来猜测恒星接下来会发作的工作。




恒星的诞生

恒星的构成需求很长的时刻,像世界中缥缈的气体被引力牵引到一同。这种气体大多为氢气,因为它们是世界中最根本而又最为丰厚的元素,即使许多气体是由其它元素构成的。满足的气体在引力场的效果下集合在一同,每一个原子对其它原子也相同有引力效果。

这种引力驱动足以令原子之间彼此磕碰,然后发作热量。实际上,当原子之间彼此磕碰时,它们的振荡和平动速度加速(究竟热能的实质是分子平动和滚动的动能),终究,它们变得非常火热,单个原子具有很大的动能,以至于它们与另一个相同具有很大动能的原子磕碰时,不只是会发作彼此反弹。

在满足能量的效果下,两个原子彼此磕碰,这些原子的中心集合在一同。请记住,这些原子大部分是氢原子,氢原子的原子核内只要一个质子。当两个原子核集合在一同(是咱们已知的进程,称为核聚变),所发作的原子核具有两个质子,这样的新原子叫氦。恒星也可以将较重的原子(如氦)交融在一同,构成更大的原子核(这个进程称为核组成,被以为是世界中元素的构成方法)。




恒星的焚烧

因而,恒星内部的原子(通常是氢)彼此磕碰,阅历核聚变进程,发作热量、电磁辐射(包含可见光)和其他方法的能量,如高能粒子。这一段核聚变的时期是咱们大多数人所认知的恒星的生命。咱们在天空中所看到的大多数恒星也正处在这一阶段。

恒星的这种热量会发作压力,将原子推开。粗略地类比来说,就像在气球内部加热空气,对气球外表发作的压力。但请记住,引力企图将它们压缩到一同。终究恒星内部的引力和排挤的压力彼此平衡,在此期间,恒星得以以相对安稳的方法焚烧,直到燃料耗尽停止。




恒星的冷却

当一个恒星的氢燃料转化成了氦或其它更重的元素,这些元素需求更多的热量才干引发核聚变。质量大的恒星耗费燃料速度更快,这是因为它需求更多的能量来抵消更大的引力(换句话说,更大的引力会使原子的磕碰更剧烈)。尽管咱们的太阳或许会持续约五十亿年,但更多大质量的恒星或许会在耗尽燃料之前只持续短短一亿年。



当恒星的燃料开端耗尽时,恒星发作的热量变少。没有热量构成的压力来抵消引力,恒星开端在引力效果下坍缩。

但是,一切都还没有完。请记住这些原子是由质子、中子和电子组成,它们是费米子(即自旋为半奇数、遵守费米-狄拉克计算的粒子)。泡利不相容原理是分配费米子的准则之一,该原理标明没有两个费米子可以占有相同的“状况”,可以用一种更美妙的说法来解说,即在同一个当地做相同的事的人只能有一个。(另一方面来说,玻色子就不会遇到这样的问题,这也是光子激光器可以运作的理由。)



泡利不相容原理所构成的结果是在电子间发作了另一种细微的排挤力,这有助于抵消恒星的引力坍缩,使其成为白矮星。这是印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)于1928年发现的。

当恒星剧烈坍缩直至电子并入质子转化成中子,中子间的斥力(强彼此效果的核力)抵消了引力坍缩,另一种类型的星体——中子星就会呈现。但是,并非一切的恒星终究都会成为白矮星或中子星。钱德拉塞卡以为一些恒星会有着非同小可的命运。



恒星的逝世

钱德拉塞卡判定任何比太阳质量约1.4倍大的恒星(称为钱德拉塞卡极限)不能支撑本身以反抗它的引力然后坍缩成白矮星。间隔太阳约3倍(质量约太阳3倍)的恒星将成为中子星。

除此之外,恒星的质量太大以至于无法经过泡利不相容原理的斥力来抵消引力牵拉,有或许的是,当恒星衰亡时,它会阅历超新星阶段,将满足质量的物质抛散到世界中,然后使其质量低于极限,并成为这些类型恒星中的一种……但假如没有超新星阶段,将会发作什么呢?



在那种情况下或许的答复是:质量会在引力效果下持续坍缩,直到构成黑洞。

这便是人们所认知的恒星的逝世。

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