[分享]第 十 五 章 --- 小 質 量 恆 星 之 死

[分享]第 十 五 章 --- 小 質 量 恆 星 之 死

E.T 於 星期三 五月 07, 2003 10:03 pm


第 十 五 章 --- 小 質 量 恆 星 之 死

恆 星 一 生 90% 的 時 間 皆 會 在 主 序 星 階 段 渡 過 , 在 這 個 階 段 , 核 心 中 的 氫 原 子 核 不 斷 融 合 成 氦 原 子 核 。 最 常 見 的 謬 誤 是 以 為 大 質 量 恆 星 有 更 多 燃 料 , 所 以 可 以 有 更 長 的 壽 命 , 但 事 實 上 , 由 於 大 質 量 恆 星 的 核 心 較 熱 和 密 度 較 高 , 它 們 燃 燒 氫 氣 的 速 度 更 高 , 所 以 生 命 反 而 較 短 。
大 質 量 恆 星 壽 命 較 短 的 直 接 證 據 可 以 在 星 團 中 找 到 。 在 第 十 三 章 , 我 們 曾 經 提 到 星 團 內 的 成 員 星 是 同 時 誕 生 的 , 所 以 年 紀 亦 理 應 差 不 多 , 那 麼 它 們 最 主 要 的 分 別 便 只 剩 下 質 量 。 換 句 話 說 , 星 團 內 壽 命 短 的 星 應 該 已 經 死 去 , 當 我 們 把 星 團 內 的 星 以 赫 ─ 羅 圖 的 形 式 繪 畫 出 來 時 , 我 們 發 覺 位 於 圖 中 左 上 角 的 大 質 量 恆 星 果 然 已 經 步 入 死 亡 階 段 , 離 開 了 主 序 星 的 行 列 。 而 在 主 序 轉 捩 點 上 的 則 為 即 將 死 亡 的 恆 星 。 由 以 下 兩 幅 赫 ─ 羅 圖 中 , 我 們 可 斷 言 右 圖 表 示 的 星 團 比 較 年 老 。

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主 序 星 的 光 度 和 大 小 十 分 穩 定 , 或 者 你 可 以 說 相 對 於 恆 星 的 死 亡 舞 曲 , 主 序 階 段 相 當 「 沈 悶 」 。 我 們 已 經 探 討 過 質 量 如 何 影 響 恆 星 的 誕 生 , 現 在 我 們 會 看 看 質 量 又 如 何 影 響 一 顆 恆 星 的 死 亡 過 程 。 在 這 一 章 內 , 我 們 會 討 論 質 量 比 太 陽 小 或 和 太 陽 相 若 的 恆 星 的 命 運 。

和 太 陽 質 量 相 若 的 恆 星 之 死

當 核 心 氫 氣 燃 燒 殆 盡 之 後 , 質 子 ─ 質 子 鏈 便 會 停 止 ( 還 記 得 約 相 等 於 一 個 太 陽 質 量 的 恆 星 是 用 質 子 ─ 質 子 鏈 把 氫 原 子 核 轉 化 為 氦 原 子 核 嗎 ? 而 更 大 質 量 的 恆 星 則 主 要 使 用 碳 氮 氧 循 環 ) 。 剩 下 的 氦 核 心 便 會 開 始 塌 縮 並 產 生 熱 , 緊 鄰 核 心 的 氫 外 殼 會 被 加 熱 而 開 始 有 熱 核 反 應 ﹐ 恆 星 亦 同 時 膨 脹 。 由 於 總 表 面 面 積 的 增 加 ,恆 星 會 變 得 極 之 光 亮 。 雖 然 核 心 仍 保 持 熾 熱 ,但 膨 脹 令 表 面 溫 度 下 降 , 結 果 星 光 變 紅 , 最 後 演 化 為 一 顆 紅 巨 星

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當 我 們 的 太 陽 演 化 為 一 顆 紅 巨 星 的 時 候 , 它 會 膨 脹 至 地 球 軌 道 的 大 小 ﹐ 而 把 地 球 吞 噬 。 下 圖 顯 示 了 地 球 、 現 在 的 太 陽 和 典 型 紅 巨 星 的 大 小 比 較 。

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所 有 紅 巨 星 都 是 變 星 , 當 外 殼 不 斷 膨 脹 , 氦 核 心 同 時 不 斷 收 縮 加 熱 , 直 至 足 以 燃 燒 氦 ( 我 們 稱 之 為 氦 閃 ) 為 止 , 即 把 三 顆 氦 原 子 核 結 合 為 一 顆 碳 原 子 核 。 由 於 這 時 燃 燒 氫 和 氦 以 產 生 能 源 的 過 程 並 不 穩 定 , 星 體 除 了 會 不 斷 脈 動 外 , 更 會 產 生 強 勁 的 恆 星 風 把 外 殼 「 吹 掉 」 。 最 後 整 個 外 殼 會 被 拋 出 外 太 空 , 成 為 行 星 狀 星 雲 。 下 圖 是 M57 戒 指 星 雲 ─ 一 個 能 用 小 型 望 遠 鏡 輕 易 看 到 的 深 空 天 體 。 以 下 的 行 星 狀 星 雲 則 是 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 傑 作 。

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由 於 核 心 熱 力 不 足 以 把 碳 燃 點 起 來 , 所 以 當 所 有 氫 和 氦 皆 告 用 罄 時 , 恆 星 便 會 開 始 收 縮 , 並 變 得 越 來 越 暗 , 最 後 成 為 白 矮 星 。 這 時 候 , 電 子 簡 併 壓 力 ( 雖 然 過 於 簡 略 和 不 準 確 , 但 電 子 簡 併 壓 力 可 勉 強 看 成 是 來 自 電 子 擠 至 互 相 觸 碰 時 所 造 成 的 抵 抗 力 ) 成 為 了 抵 抗 恆 星 進 一 步 塌 縮 的 主 要 力 量 。 電 子 簡 併 壓 力 並 非 來 自 任 何 核 反 應 ﹐ 所 以 它 能 永 遠 抵 抗 恆 星 的 引 力 。

一 顆 典 型 的 白 矮 星 比 地 球 略 小 , 但 質 量 卻 和 太 陽 差 不 多 , 密 度 是 岩 石 的 30 萬 倍 。 當 白 矮 星 把 所 有 能 量 輻 射 完 畢 , 它 便 會 成 為 黑 矮 星 。 但 這 個 過 程 所 需 時 間 比 宇 宙 現 在 的 年 齡 更 長 , 所 以 我 們 相 信 宇 宙 中 仍 沒 有 黑 矮 星 的 存 在 。 下 圖 勾 勒 出 一 顆 相 等 於 一 個 太 陽 質 量 恆 星 的 演 化 路 徑 。

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在 以 下 的 赫 ─ 羅 圖 中 , 太 陽 正 位 於 主 序 上 。 五 十 億 年 之 後 , 太 陽 將 會 演 化 為 一 顆 紅 巨 星 , 這 個 階 段 的 恆 星 十 分 不 穩 定 , 最 終 將 會 把 外 殼 拋 掉 , 形 成 行 星 狀 星 雲 。 最 後 , 太 陽 會 迅 速 沿 著 演 化 曲 線 變 成 位 於 圖 中 左 下 角 的 白 矮 星 。

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低 質 量 恆 星 之 死

一 顆 小 於 太 陽 質 量 0.4 倍 的 恆 星 , 它 的 一 生 是 非 常 平 靜 的 。 它 會 穩 定 地 把 氫 轉 化 為 氦 , 然 後 安 靜 的 死 去 , 成 為 白 矮 星 。 我 們 將 在 下 一 章 探 討 大 質 量 恆 星 和 超 新 星 的 種 種。

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新 星

以 上 所 說 的 種 種 情 況 , 較 適 用 於 單 獨 的 恆 星 。 在 雙 星 系 統 裡 , 有 可 能 其 中 一 顆 恆 星 已 演 化 為 白 矮 星 ( 圖 a 至 圖 d 中 右 邊 的 星 ) , 但 另 一 顆 恆 星 只 達 紅 巨 星 階 段 ( 圖 d 至 圖 f 中 左 邊 的 星 ) , 而 它 們 之 間 的 距 離 和 地 月 距 離 差 不 多 。 當 紅 巨 星 的 表 面 引 力 比 白 矮 星 弱 時 , 部 分 物 質 會 盤 旋 流 至 白 矮 星 ( 參 閱 圖 f ) , 當 足 夠 的 物 質 積 聚 在 白 矮 星 表 面 , 便 會 燃 點 起 熱 核 反 應 , 產 生 出 巨 大 的 能 量 , 這 種 爆 發 會 維 持 下 去 , 直 至 所 有 氫 氣 耗 盡 。 這 便 是 我 們 常 說 的 新 星 現 象 , 恆 星 的 光 度 可 以 暴 增 10 萬 倍 , 這 種 爆 發 通 常 不 會 對 這 個 雙 星 系 統 造 成 大 影 響 , 所 以 新 星 爆 發 可 以 在 同 一 系 統 內 重 複 發 生 。

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E.T

 
文章: 1486
註冊時間: 2003-03-29
來自: 香港






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