谁能描述一下一颗恒星的成长阶段,状态,寿命,以及各个阶段的相同点和不同点,还有黑洞形成原理.

Question

谁能描述一下一颗恒星的成长阶段,状态,寿命,以及各个阶段的相同点和不同点,还有黑洞形成原理.

Answer 1

恒星的演化过程

星云：恒星从星云中诞生,星际气云在引力作用下逐渐收缩并相互挤压,不断产生越来越多的热量.而位于中心很小一片区域内的气体云,在重力的强大挤压下,形成了一个具有高密度和温度的球体,也就是原始的恒星星胚.引力作用持续而强烈,气体和灰尘颗粒被不断吸入并相互挤压,产生了越来越多的热量,在未来数十万年的时间里,年轻的恒星将变得更小,并变得更亮,更热.核心区域的温度,将逐渐达到1500万摄氏度.当核心温度达到1500万摄氏度时,恒星内核的氢原子开始融合,产生聚变反应.这时,一颗恒星就完全诞生了.

主序星：当一颗恒星诞生后,就进入了主序星阶段.恒星的主要成分是由氢组成的,主序星既是正在进行氢聚变的恒星.一个处于氢聚变过程中的恒星,散发的能量比较均匀稳定.由于此时它内核的温度只有1500万度,无法达到其它元素（例如氢聚变生成的氦）的聚变条件,所以主序星阶段只有氢在进行燃烧.一个恒星的主序星阶段长短不一,最小的恒星因为燃烧速率很慢,主序星阶段可以持续数万亿年,而那些超大质量恒星,主序星阶段甚至只有100到300万年.太阳的主序星阶段可以持续90亿年以上.
————————————————————晚年期———————————————————
矮竭星：当氢聚变结束时,恒星的整体结构会向内猛然塌缩,产生比核聚变更大的能量和热量.由于氢聚变的点火条件只有1500万度,而氦聚变点火条件要在7000万度以上,一些恒星在氢聚变熄灭后塌缩,但由于质量太小,塌缩挤压后产生的热量不足以使内核升温到7000万度以上.氦聚变无法点火,恒星的生命会就此终结,成为一个由氦气组成的巨大星球,并逐渐散尽自己全部的热量.永远停留在宇宙中.由于这样最小的恒星生命周期有数万亿年,而宇宙生命只有130多亿年,所以这样的星体只在理论中存在,现在的宇宙是找不到这样的星体的.

红巨星：一些质量更大的恒星,例如太阳这样的恒星.当氢聚变结束后,太阳的整体结构在引力作用下向内塌缩并猛烈挤压,迅速使太阳内核的温度从1500万度飙升至7000万度以上,此时氦聚变会猛然爆发,就像我们把一个火药桶持续加热到爆炸为止.氦聚变以远高于氢聚变的速率迅速燃烧,太阳每秒只燃烧6亿多吨氢燃料,但到了氦聚变阶段,每秒将燃烧数十亿吨氦燃料.氦聚变的快速反应将使得太阳内核达到一亿吨的高温.气体在温度变化时会有热胀冷缩反应,我们的太阳也不例外,当太阳内部的温度飙升了十倍时,我们的太阳也会因此不断膨胀.它的体积将因此膨胀100万倍,吞噬地球,直至吞没火星轨道.氦聚变的产物,碳元素会继续在重力作用下沉入太阳的内核.直至所有的氦燃料全部耗尽,太阳将再次塌缩,但由于太阳自身质量,无法引发比氦元素更重的碳元素的核聚变.因此它将持续塌缩,直至成为一颗与地球大小相当,但密度是地球100万倍的白矮星.并最终散尽自己全部的热量,成为一颗不发光的黑矮星,散尽全部热量的过程需要花费数百亿年,因此黑矮星现阶段也只存在于理论中.

红超巨星：像太阳这样的恒星,一旦聚变到碳元素时,由于自身质量不够,恒星的生命就戛然而止了.但如果是质量更大的恒星,就能继续聚变碳元素.一般一个大于太阳质量8倍的恒星,就能将核聚变一往无前,其内部可以产生数十亿度的高温,不断的进行着不可思议的核聚变.它们会将碳聚变成氧,并将氧与氦聚变成氖、硅等我们化学元素周期表上常见的其它元素.只要是我们化学周期表内,排在铁之前的所有元素,那都是恒星将碳继续聚变而来的产物.恒星会一直燃烧,直至自己寿命的重点.
————————————————————毁灭期———————————————————
大质量恒星会一直燃烧,将氢聚变成氦,氦聚变成碳,碳聚变成氧气——但在这个过程中,恒星变得越来越不稳定了,由于参与聚变的元素越重,聚变提供的能量就越少.而庞大的恒星生命,又需要大量的能量来维持.当聚变到铁元素时,摇摇欲坠的恒星将遭受最致命的打击——

铁原子的结构非常稳定,它的相对原子质量是最低的.因此要想让铁原子发射核聚变不仅不产生能量,反而还要吸收能量.恒星内部数十亿度的高温也无法达到铁原子的聚变点火条件,因为它吸收不到足够的能量,无法进行核聚变.换句话说.即便铁发射了核聚变,也不会释放能量来维持恒星的生命.因此铁不断夺取恒星的能量,夺取恒星生命赖以维持的能量.到这一刻起,试图压扁恒星的引力,与企图撕裂恒星的核聚变之间的战争宣告结束,随着铁元素的出现,核聚变已经穷途末路,引力赢得了最终的胜利.

超新星：原子之间的斥力是由电子决定的,但这斥力不是无限的.由于没有了核聚变的力量来帮助电子斥力来对抗引力压缩.随着不参与核聚变的铁质内核的质量持续增加太阳的1.44倍时,铁原子的电子之间的斥力（电子简并）终将因为支撑不住整个恒星的重力而轰然倒塌.铁元素组成的内核最终将崩塌——铁原子在内核中被紧紧挤压到了一起,巨大的引力塌缩将电子都挤压进了原子核内.电子与原子核内的质子中和成中子,释放出巨大的能量.与此同时,恒星的整体结构向内塌缩,它们的塌缩速度可以达到每秒10万公里,恒星猛然塌缩,致使恒星整体结构的温度迅速飙升,触发恒星外部结构发生大量非常规的核聚变反应.恒星整体结构发生剧烈爆炸,形成超新星.仅在短短几秒钟的时间里,超新星就能释放出巨大的能量,比太阳100亿年的能量总和还要大.爆炸之后,超新星只剩下一个残留的中子星残骸.


超超新星：当比太阳重8倍的恒星燃料耗尽时,它们会在重力的挤压下发生爆炸,形成超新星.科学家们发现,有些恒星更为庞大,这些超巨星比太阳还重100倍,它们死亡时,引发了宇宙中最剧烈的爆炸,形成了超超新星.黑洞就是这么诞生的——

我们以大犬座VY超巨星为例,它是人类已知的最大恒星,直径为30亿公里.像所有恒星一样,它就像一个不断喷发能量的核聚变反应堆,与此同时,它的强大引力向内挤压.几百万年以来,核聚变与引力互相抗衡.当恒星的燃料耗尽（产生铁元素）,核聚变也随之停止,引力赢得了最后的胜利—— 1毫秒后,恒星的铁质内核崩塌并被挤压成原体积的几分之一,一个婴儿黑洞诞生了!

恒星当恒星的内核产生铁元素时,恒星就会在几秒钟内土崩瓦解,爆炸成为超新星.当这些超大质量恒星聚变出铁质内核后,铁的内核就迅速崩塌成中子星,但由于恒星从内核崩塌到成为超新星有几秒钟的延迟.当铁质内核成为中子星后,恒星整体结构还没有任何反应,它继续不断将大量的碳和氧聚变成铁元素.电子之间的斥力（被称作电子简并）早已崩溃,随着内核中子星质量的不断增加,原子简并也将无法支撑重力.

时间不断流逝,恒星对内核的崩塌仍然没有做出反应,它仍然在不断聚变铁元素,并将其向中子星挤压.这一个过程太漫长了,当中子星承受的重力达到数倍于太阳质量的重力时,中子星之间的原子结构也轰然倒塌.中子星整体的结构向内塌缩,最终形成了黑洞.这一过程只需要不到一毫秒（千分之一秒）的时间.

黑洞在恒星的内核但是,并迅速吞噬恒星内核的其它部分.仅仅几毫秒的时间,恒星的内核就会被全部吞噬.恒星的整体结构以超乎想象的速度向内塌缩,引发了宇宙中最强的爆炸.一秒钟的时间里,超超新星释放的能量比太阳产生的所有能量还多100倍.爆炸摧毁了恒星的所有结构,黑洞得以在恒星的残骸中显现出来.

从星云,到初生的恒星,再经历晚年,最终步入死亡,留下中子星或者黑洞的尸骸,这就是恒星的一生.