Categories
科技報導

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星



根據國外媒體的報導,當我們研究宇宙中的天體時,通常將它們分為兩類:1.自發光的天體,例如恆星,它們自身可以發光。 2.非自發光的天體,需要外部能量才能使自己看見。後一類包括行星,衛星,塵埃和雲。 它們發出的光在反射前要么反射其他光源,要么吸收外部能量。 但是自發光物體一定是星星嗎?

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 1

天狼星A和天狼星B,是一顆普通的(類似於太陽)恆星,在雙星系統中有一個白矮星

令人驚訝的是,不僅許多自發光物體不一定是恆星,而且許多自發光物體的名稱中實際上都帶有“星”,實際上並不是恆星。 棕矮星,白矮星甚至中子星都不是恆星,而紅矮星,黃矮星(例如我們的太陽)和所有巨型恆星的確是恆星。 造成這種差異的原因是這樣的。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 2

各種大小,顏色和質量的恆星(包括許多明亮的藍色恆星)的質量是太陽質量的數十倍甚至數百倍。

在我們的日常對話中,我們大多數人習慣性地認為我們所看到的是一顆恆星,它是一個巨大的物質球,它可以自身發光並向宇宙輻射能量。 從某種意義上說,這很好:所有星星的確都這樣。 它們確實是大量物質,在重力作用下達到靜水平衡。 它們內部發生了一系列物理過程,將能量向外傳遞到表面。 然後,從它們的邊界(即恆星的光球)開始,部分能量落入可見光範圍內,然後輻射到宇宙中。

所有這些都適用於恆星,但也適用於其他天體,其中有些根本不是恆星。 在天文學家的眼中,要成為一顆新星,就需要越過一個更嚴格的門檻:內芯會引發核聚變反應。 請注意,這不是隨機的核聚變反應,而是將氫融合成氦的核聚變反應,或者反應的產物繼續融合成更重的元素。 沒有這個,天文學家就不會把天體當作恆星。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 3

與太陽質量相同的恆星的演化

這聽起來有些武斷,但請不要急於下結論。 這背後有重要的原因:如果我們從氣體星雲開始,原因將顯而易見。 在宇宙中,我們目前知道的所有恆星都來自氣體星雲。 氣態星雲遍布整個宇宙,主要由氫和氦以及其他微量的重元素組成。 如果氣態星雲變得足夠冷或足夠大,或者內部變得足夠不穩定,它們就會開始坍塌。

當重力崩潰開始時,某些區域的密度將不可避免地高於平均密度。 與其他區域相比,高密度區域對材料具有更大的吸引力,因此隨著時間的推移它將變得更緻密。 接下來發生的事情是不同地區競爭吸引盡可能多的材料。 但是這種情況存在一個問題:當氣態星雲崩潰時,內部的粒子將碰撞並加熱,從而防止氣態星雲進一步崩潰。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 4

鷹狀星雲以其連續不斷的恆星形成而聞名,其中包含大量的博克球或暗星雲。

唯一的出路是這些塌陷的氣態星雲可以某種方式輻射出能量:它們必須自我冷卻。 最有效的方法是使用微量的較重元素,這些元素比氫或氦原子輻射的能量更多。 隨著星雲中某些物質區域變熱,被加熱的氣體不僅開始散發能量,還將能量捕集到內部,導致內部溫度急劇上升。

這種氣體可能會發光,但它不是恆星,至少現在還不是。 但是,我們暫時可以將其視為原恆星雲,因為它將來可能會成為一顆成熟的恆星。 但是,要使原恆星云成為一顆成熟的恆星,其內部溫度需要再次升高,只有當物質不斷被吸入高密度區域時,溫度才會繼續升高,從而捕獲更多的熱量。

當核心溫度超過100萬開爾文時,會發生第一個聚變反應。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 5

在原恆星IM Lup周圍有一個原行星盤環,它不僅具有環形形狀,而且具有向中心呈螺旋形的特徵。

發生的第一件事是氘(由質子和中子組成的氫同位素)與自由質子融合形成3氦核:兩個質子和一個中子。 通過這項測試後,星雲正式成為“原恆星”:大量物質繼續從周圍的分子云中積累質量,其核心受到壓力的支撐。 該壓力來自正在發生的氘聚變反應,該反應正好抵消了重力。

在大多數情況下,在這個巨大的雲中,將有許多核心拼命地增長,吸引了更多的自身,並不斷遠離其他原恆星。 在這場比賽中,有贏家也有輸家,因為一些原恆星可以獲得足夠的質量來加熱到大約400萬開爾文以上的溫度。 這時,它們可以點燃連鎖反應。 正是這種鏈反應為我們的太陽提供了能量:質子-質子鏈反應。 恭喜,如果您達到這個水平,您就是宇宙的贏家:希望成為真正的恆星。 如果失敗,那麼您將保持在這種“擺動”狀態,在該狀態下,您只能融合氘,然後變成棕矮星:失敗的恆星。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 6

Gliese 229是一顆紅矮星,周圍是棕色矮星Gliese 299b。

棕矮星的質量在木星的13到80倍之間:大約是太陽質量的7.5%。 儘管它們被稱為褐矮星,但它們不是真正的恆星,因為它們尚未達到臨界閾值:它們無法經歷成為成熟恆星所需的聚變反應。 如果一個棕色矮星與另一個棕色矮星合併或與另一個棕色矮星共存以獲得足夠的質量,然後成功超過該質量閾值,則可以將其提升為紅色矮星:它將氫合併成氦,成為一顆真正的恆星。

這些真實的恆星在質量,顏色和亮度方面有所不同。 質量在太陽的7.5%至40%之間的恆星是紅矮星:它們將氫燃燒成氦,但僅此而已; 他們永遠無法達到更高的溫度來做其他事情。 質量在太陽的40%到800%之間的恆星最終將演變成紅色的巨型恆星,然後將氦融合成碳,直到耗盡燃料為止。 較大質量的恆星將演化為超巨星,並且在壽命終結時將爆炸為超新星。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 7

現代恆星分類系統-摩根-基南光譜分類系統

所有燃燒氫,氦,碳或其他較重元素(最重不超過鐵)的恆星都是恆星,無論它們是矮人,巨人還是超巨星的大小。 只要它們能夠通過核聚變的能量釋放過程將較輕的元素融合為較重的元素,就可以說它們是恆星。 有些恆星是穩定的,有些是脈動和耀斑。 有些是恆定的,有些是可變的; 有些是紅色的,有些是藍色的; 有些非常微弱,有些則是數百萬次的太陽。

但這沒關係; 他們仍然是明星。 只要這些天體的核心發生核聚變(氘燃燒除外),它們就是恆星。

但是,每顆恆星的燃料有限。 根據愛因斯坦著名的方程E =mc²,它們只能將有限的質量轉換為能量。 當聚變停止,核收縮,溫度進一步升高,並且沒有新的聚變發生時,恆星的壽命就結束了。 在這一天之後,唯一的問題是接下來會發生什麼。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 8

一顆巨大恒星的生命

據我們所知,根據恆星的質量和狀況,目前有五種選擇:

1.紅矮星將完全由氦組成,整個(前)恆星將縮小為白矮星,最後慢慢冷卻並熄滅為黑矮星;

2.類似於太陽的恆星的氣殼將被吹走,然後變成行星狀星雲,而恆星的核心收縮成碳氧白矮星,最後緩慢冷卻並熄滅成黑矮星。 ;

3.較重的恆星注定會爆炸成超新星,而低質量的超新星將產生2.5到2.75倍於其核心質量的太陽的中子星;

4.高質量的超新星仍然會爆炸,但是它們的核心太大而無法產生中子星,但是會產生黑洞。

5.或者,在極少數情況下,原本會爆炸成超新星的超巨星的外氣殼被盜。 在這種情況下,失去外殼的恆星內部會產生“奇特的”白矮星,例如霓虹白矮星或鎂白矮星。

但是,這些一般的命運-白矮星,中子星和黑洞-僅代表我們所知道的可能性。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 9

在最大質量的中子星的核心中,單個原子核可以分解為夸克-膠子等離子體。

當然,會有更多奇特的可能性。 中子星可以與巨星合併形成索恩-祖特科夫天體。 超新星或潮汐力崩潰事件將撕毀整個超巨型恆星,最後一無所有。 也許壓縮物質將具有進一步退化的形式,例如奇怪的恆星,夸克星,先驅星等。 我們只是還沒有發現和識別它們。 此外,所有白矮星都會緩慢冷卻並熄滅,首先發出紅光,然後發出紅外光,再經過很長一段時間後最終變成黑色。

儘管這些恆星遺骸的名稱中有恆星,但它們根本不再是恆星。 一旦核聚變反應停止在核內,它們就是恆星殘骸:以前恆星的殘餘。 白矮星不是恆星,白矮星的最終命運是黑矮星。 中子星不是恆星; 黑洞不是星星。 其他奇異星,例如奇異星,夸克星或前驅星,即使存在也並非恆星。 如果重元素繼續在Thorn-Zutkov天體內部堆積,則恆星身份將得以保留; 但是只要聚變反應停止,它就不再是恆星。

驚喜:中子星和白矮星實際上不是恆星 10

索恩·祖科夫(Thorn-Zutkov)天體是一個假想的恆星,它是一個紅色巨人或紅色超巨星,其核心為中子星。

當您將所有這些信息放在一起時,我們可以清楚地區分哪些是恆星,哪些不是。 坍塌的核受到輻射的支持,並繼續從周圍的分子云中吸收雲氣,這是一個原恆星,但不是真正的恆星。 核心內部僅融合了氘,沒有別的。 它是棕矮星(演化失敗的恆星),但也不是真正的恆星。 只有在核心中溫度達到400萬開爾文或更高溫度的情況下,成功將氫融合到氦中或將氦(或更重的元素)融合到其他更重的元素中,才能被授予“星號”狀態。

但是,一旦核中的聚變反應停止,您就不再是恆星。 任何種類的恆星殘骸,白矮星,中子星,黑矮星等,都不是恆星,只能說是輝煌的。 這些殘骸可能持續發光數万億年。 它們的發光時間可能比產生它們的真實恆星的壽命更長,但是歸根結底,即使名稱中有“星星”,它們也不再是真實恆星。 。 儘管它們仍然可以在不融合的情況下發光,但是它們畢竟不再是恆星。