更新时间:2024-05-11 16:34
大多数天文学家都相信恒星都是由稀薄气体云和尘埃因引力坍缩而产生的。这些气体云和尘埃的引力的强弱同恒星一生的归属密切相关,恒星初始质量的大小影响着它的演化方向、年龄以及最终死亡的结局。大质量恒星相对于小质量恒星来说,演化速度要快的多。对于质量相当于8个太阳质量的恒星来说,通常都是以超新星爆发的形式终其一生。
恒星的诞生地通常认为是在那些星际气体中。当这些星际气体的密度超过某个临界值的时候,气体之间的相互引力会逐渐超过气体的压力,这样,星际气体就会开始收缩,密度便会不断的加大。由于星际气体的质量实在是太大,所以在密度增大的同时,星际气体内部同时会变得越来越不稳定。这就导致形成一些较为微小的气体团。随着时间的推移,这些小的气体团便会慢慢的演变成为一颗颗的恒星。所以,在我们看来恒星都是成团成团的诞生。
这些由气体和尘埃形成的缓慢自转的球体所产生的恒星,天文界已提出一个公认的诞生图像。但是具体到细节还尚不很明了,特别是坍缩的稍后阶段也就是关于行星形成的清晰理论还没有一个明确的答案。但是巨型红外望远镜的出现使得天文学家的研究变得相对来说比较容易了。因为电磁波在红外线波段的波长较光学波段的波长要长出许多,所以通过红外望远镜,我们能够清楚地看到遍布气体和尘埃的恒星诞生地的内部。
下面来看看恒星诞生的具体过程。当星际气体的内部分解成一块块的较小的气体团之后,这些气体团会继续收缩下去。这时,气体团的密度已经达到60,000个氢原子/立方厘米,远大于正常星际气体的密度1个氢原子/立方厘米。最初气体团密度较低的时候,其中心物质发出来的光辐射还是能够突破重重阻碍达到气体团的外部,但是随着气体团的收缩,由中心到外层逐渐形成了密度梯度,气体团中央的密度大到以至于光也穿透不出来。这样气体团中心的温度就会不断的升高,压力也开始升高,收缩慢慢停止。直至温度达到二千度左右,氢分子开始分解成为原子。于是核心再度收缩,到收缩时释放出的能量把全部的氢都重新变为原子。这个新生的核心比今天的太阳稍大一些,不断向中心跌下的全部外围物质最终都要落到这个核心上,一颗质量和太阳一样的恒星就要形成了。这样恒星内部便开始发生核聚变反应,恒星进入到主序阶段。
太阳是我们见到的最普通的一颗处在主序的中等质量的恒星。
45亿年前我们的太阳就是在经历过这个阶段以后从原恒星过渡到恒星。在恒星内部的这个核反应熔炉中,物质从氢开始,不断的“演化”下去,这种创造过程被认为是我们多元素世界唯一的“造物主”。大爆炸理论认为,宇宙诞生初期,宇宙中只充满着最轻的元素--氢与氦。那些参与形成地球、大气和我们身体的较重元素,是后来称作超新星的激变恒星爆发期间在星体内部形成的。这类爆发在星系周围贡献出新形成的物质,不断地以重元素丰富着星系介质。
恒星在主序阶段所经历的时间长短跟他的质量有密切的关系。大质量的恒星燃烧的的快,演化的也快。小质量恒星,由于其内部引力较小,核反应没有大质量恒星来的剧烈,所以演化的也较慢,其主序阶段也相对来说长一些。太阳的整个热核反应阶段约是一百二十亿年,而质量大于太阳十倍的恒星,核阶段就要短一千倍。
我们的太阳就是一颗典型的处在主序的小质量恒星。她已经在主序阶段“生活”了45亿年。天文学家的计算结果显示太阳还可以再“生活”50亿年,也就是说,太阳的主序阶段长达100亿年。
任何恒星在其主序阶段的末尾,核心的氢都会逐渐消耗殆尽,随后它们便会脱离主序进入到红巨星阶段。在这个新的阶段,恒星的核心由氢聚变的产物--氦组成 。氦又是另一不同聚变反应的燃料,反应后形成碳和氧,并继续释放出大量的能量。然而, 这 种反应需具备更高的核心温度,这个条件直到氢聚变的末尾才会出现。恒星由氢供给燃料过 渡到由氦供给燃料的转变时间极短,氢一经耗尽氦核反应立即开始。随之,这颗恒星的外貌显著改变。氦聚变比以往的氢核反应产生的能量更多,重力与新热能输出之间的平衡使恒星达到一个新的稳定体积。这时恒星变成 了庞大的巨星。虽然它产生的能量比主序阶段要多的多,但这时有了庞大的恒星表面会把热量辐射出去。 这就出现了令人惊奇的事,尽管恒星核反应更加剧烈,但恒星的表面温度却凉下来。尽管表面温度相对很低,但红巨星却极为明亮,因为它们的体积巨大。肉眼能看到的最亮的星有许多是红巨星,如参宿四、毕宿五、大角、心宿二等。
50亿年后的太阳也会变成为一颗红巨星。
红巨星氦核聚变的原子产物包括碳、氮和氧。这些元素在氦燃料贮藏耗尽后将会变成新的恒星燃料。实际上这种由轻核聚变为重核的反应在恒星一生的演化过程中相互衔接,相继出现。先由氢聚变为氦,然后再由氦聚变为碳、氮和氧,以此类推产生越来越重的元素。为了克服更重元素对聚合的顽抗,每个后继阶段都需要比前一阶段甚至更高的恒星核心温度。这依次更高的温度使核燃烧过程逐级加速,所以每个后继阶段所存在的时间就越来越短。
当恒星成长为红巨星,热核反,应的速率也不可逆转的衰退。对于离开主序的时候质量在1~8个太阳质量之间的恒星,由于外壳的重量不足以使它的核受到充分的压缩、提高温度所以巨星的碳-氧核不再发生热核反应。但是核的周围却仍然活跃。核外的氢层和氦层会先后燃烧,这样将热核反应一步一步地延伸到外壳。这种不连续反应所产生的能量仅能断断续续地支撑外层的重量。这使得恒星开始脉动。这种状态会持续数千年。在恒星脉动的过程中,它会不断的向其周围喷射物质,直至最后外层物质全部脱落,只剩下一个裸露的碳-氧核。那些被抛出的物质——灰烬,会形成一个行星状星云,而萎缩的残骸则会变成白矮星。白矮星是中等质量恒星演化的终点。其半径跟质量成反比,质量越大,半径就越小。由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出辐射的同时,必然也在迅速的冷却。但是要等他完全的冷却下来成为一颗黑矮星却要经历数十亿年的时间。
这里聚集了很多的白矮星。
对于那些离开主序的时候大于8个太阳质量的恒星来说,它们的热核反应可以一路顺畅的进行下去。其核心最后形成一个铁核。在耗尽能源的最后时刻,引力坍缩便会立即开始。然而此时已不可能出现新的聚变反应来抗拒坍缩以恢复恒星内外压力的平衡。在巨大的压力下,质子和电子被挤压到一起形成中子,同时释放出数以万亿的中微子。坍缩的结果就是恒星的所有质量都集中在一个30千米直径的球体之中!其密度可想而知。恒星的外层物质随着坍缩同样以很高的速度朝向核心运动,它们同固态的中子核发生猛烈的碰撞,这种碰撞使物质达到极高的温度。高温高压的环境使得恒星外层大气中的氢和较轻的气体产生聚合反应。这样便发生了猛烈的聚合爆发,爆发所持续的时间只有短短的1秒钟,这颗超新星在转瞬间其亮度剧变到1000亿颗恒星那样明亮!
美国国家航空航天局2003年1月13日宣布:美国发射了两颗卫星(ICESat号和CHIPSat号卫星),以研究冰帽和星形成的条件。
2003年1月12日,这两颗卫星在加利福尼亚的美国空军基地通过DeltaII号运载火箭发射上空。ICESat号卫星第一个发射上空,发射时间为64分钟,这颗卫星2003年1月13日便与地面取得了联系。CHIPSat号卫星用了83分钟便与其火箭分离进入太空,也于2003年1月13日与地面取得了联系。
该局戈达德太空飞行中心的ICESat项目负责人吉姆?瓦特兹因说,卫星正好在其期望的位置,并且运行状况非常好。他认为这是其研究项目的极好的开端。
本月底,ICESat卫星将进入运行轨道,其高度为600公里。在今后的几年中,它将借助激光测量冰帽的厚度,为人类研究南极和格陵兰的演变提供相关数据。此外,它还将提供有关全球植被的数据。
CHIPSat卫星将从590公里的高处研究星星的形成原因。凭借分光仪,它将研究广阔星际中高温度、低密度的气体。
研究人员认为,星际空间的一些颗粒物质将来有可能会发展成星星。人类将通过卫星探测宇宙间的许多秘密。
逃亡的星星--伴侣被黑洞夺走,自身被流放而急急逃亡,科学家在银河系里发现了这样一颗恒星2005-02-12
〖北京〗天文学家发现了一颗飞速运动的恒星,它的速度是如此之快,以至于银河系的引力也束缚不住它。理论计算表明,银河系里这种逃亡中的恒星可能数以千计,这给银河系中央潜藏着一个巨大黑洞的说法提供了新证据。
1988年有科学家首次提出一种理论,即两颗相互绕行的恒星在经过星系中央的大质量黑洞附近时,会受到干扰。结果是一颗恒星留在黑洞旁边围着它旋转,另一颗则像弹弓打出的石子那样被“弹射”出去。在银河系中,这种现象估计每10万年会发生一次。美国哈佛-史密森天体物理研究中心的天文学家Warren Brown领导的一个小组,新近发现了这样一颗流浪的恒星。
这颗暗淡的恒星距地球18万光年,位于长蛇座方向上。科学家使用亚利桑那州MMT天文台的6.5米望远镜发现了它。研究小组发现,它的运行速度在700公里/秒以上,这几乎是地球轨道速度的25倍,是银河系逃逸速度(足以摆脱银河系引力束缚的速度)的两倍多。根据这颗恒星的位置、速度和运动方向,研究小组得出结论说,它是约8000万年前从银心黑洞附近被弹射出去的,没有其它现象可以产生这样快的速度。有关研究发表在即将出版的新一期Astrophysical Journal Letters杂志上。
每当夜幕降临,空中群星闪耀。这些看似渺小的星星,与我们肉眼所见差别甚大,有着许多不为人知的秘密。
¤最亮的行星
在地球上,人类肉眼可以看到五大行星,其中最亮的就是金星。金星的亮度虽然远不如太阳和月亮,但比著名的天狼星(除太阳外全天最亮的恒星)还要亮14倍,犹如一颗耀眼的钻石。
金星不仅亮度很高,也很有“个性”,它是太阳系内惟一逆向自转的大行星,自转方向与其它行星相反,是自东向西。因此,在金星上看,太阳是西升东落。
¤最亮的恒星
从地球上看,天狼星是夜空中最明亮的恒星。
在北半球,天狼星通常会在冬季升起,在猎户座的西南方。天狼星的亮度是老人星的1.8倍,是北天球最亮星——大角星的3.6倍,其亮度高于猎户座七颗最亮星的总和。天狼星如此之亮,一方面是因为其本身光度较高,另一方面,天狼星距离地球较近,只有8.7光年。
¤最古老的恒星
自古以来,人们会用“天荒地老”来比喻时间的长久,可是天荒地老的时间却没有一颗星星的寿命长。
在距离地球3.6万光年的地方,有一颗编号为HE0107-5240的巨星,它的年龄大约有132亿岁,其形成可以追溯到宇宙初期(宇宙形成期公认为137亿年)。
¤最快的恒星
每当看星星的时候,人们都习惯在固定的位置寻找,其实很多星星是在高速运转当中,有的运转速度远远超乎人们的想象。
2005年,美国的天文学家发现了一颗恒星,其运行速度每小时超过240万千米。天文学家推测这颗星星运行速度如此之快,很可能是由于约8000万年前,一颗恒星和银河系中心的特大质量黑洞相遇促成的。不过这颗高速运转的恒星最终将飞离银河系,这也是人类发现的第一颗将要“逃跑”的恒星。
¤最热的白矮星
太阳是地球上光和热的来源,而我们夜晚面对星空,只看到点点闪闪的光芒,却不知道其中有的星星同样散发着光和热。
一颗编号为H1504+65的白矮星(死亡恒星的高密度残骸)表面温度高达20万摄氏度,是太阳表面温度的30倍。
¤质量最大的恒星
R136a1是质量最大的恒星,其质量达到太阳质量的265倍,超过爱丁顿质量极限。这颗恒星也是发现的光度最高的恒星,其光度大约相当于太阳的870万倍。由于恒星越大寿命越短,故虽然这颗恒星只诞生了一百万年,却已经度过了生命的30%。科学家还无法解释该恒星为何具有如此大的质量,但可以肯定的是,由于宇宙风暴的侵蚀,该恒星质量正在逐步减小。
¤体积最大的恒星
盾牌座uy是体积最大的恒星,其半径为1708±192倍太阳半径,如果把它放到太阳的位置,其边缘可以吞没土星轨道。虽然这颗恒星体积巨大,但其表面温度非常低,只有约3,000K,而且密度极小,其质量为太阳的32倍。盾牌座uy是宇宙中最亮的恒星之一,光度可以达到太阳的34万倍。
¤最美的星系
星星是浪漫的代名词。在距离地球3亿光年的银河系边缘,有两个上演着“探戈”的巨大星系。
这两个星系是由数十亿颗恒星和气体云组成,都呈螺旋状。右侧较大星系的恒星、气体和灰尘形成一个“手臂”,包围在左侧较小的星系,在相互作用下慢慢地摆出各种优美舞姿。