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穷极一生光热,存于宇宙之间:恒星死亡前是否留有遗憾?

我们的太阳的未来清晰可见:某一天,它内核的氢气将消耗殆尽,膨胀为一颗红巨星,氦气也就随之融合。之后,它将脱去外表层,形成一个行星状星云,其内核持续坍缩,直到成为一颗白矮星。

       

     

图片来源:欧洲航天局(ESA)/美国国家航空航天局(NASA)与哈勃望远镜资料库(HLA),由朱迪·施密特创作

这种命中注定,与其它所有质量为太阳质量40%-800%的类日恒星一样。但此图所示非行星状星云,而是在形成星云前的一个短暂的特殊阶段:行星状星云前(或原行星状)星云。

       

     

图片来源:美国国家航空航天局(NASA)/喷气推进实验室(JPL)

在这巨大周期的最后,恒星开始脱去它们的外(氢气)层,此过程会使恒星温度升高,因为氢气仍然在与恒星的氦壳融合。

       

     

图片来源:欧洲航天局(ESA)/哈勃望远镜、美国国家航空航天局(NASA)

中心的恒星变得更蓝了,而且越来越热,引起猛烈的风。

       

     

图片来源:欧洲航天局(ESA)/美国国家航空航天局(NASA)

这些风能导致双极(多节)喷流以及弓形激波。

       

     

图片来源:欧洲航天局(ESA)/美国国家航空航天局(NASA)/哈勃望远镜/喷气推进实验室(JPL)

当恒星的温度升至30000开尔文以上时,周围的喷出物就将被电离,产生辐射和反射现象。

       

     

图片来源:欧洲航天局(ESA)/哈勃望远镜、美国国家航空航天局(NASA)

虽然行星状星云前(原行星状)时期十分短暂(约10000年),但这很常见,仅在我们的银河系中就有着数不胜数的例子。

       

     

一颗恒星就是一个由等离子体通过自身引力汇聚到一起形成的发光球体所组成的天体。离地球最近的恒星是太阳。在地球的夜晚,许多其它的恒星也是肉眼可见的,因为它们距离地球非常远,所以只作为大量固定的亮点出现在夜空中。历史上,最有名的一些恒星被分成一组组星座与星群,每组中最亮的恒星被赋予正规名称。天文学家们把恒星一览表汇总到一起,通过这些信息识别出已知的恒星,并提供标准化星体设计。可观测宇宙大约包含了1×10^24颗恒星,但大多数都是在地球上用肉眼看不到的,这涵盖了我们星系——银河系——之外的所有恒星。

       

     

一颗恒星的生命中至少有一部分时间是散发光芒的,因为它的内核中发生着由氢转化为氦的核聚变反应,并有能量穿越恒星内部释放出来,而后辐射到宇宙空间中。几乎所有比氦重的天然元素都是由恒星在其一生的时间里通过核合成创造的,也有一部分是在超新星爆发时核合成的。当恒星走到生命终点时,它可能也包含简并物质。天文学家可以通过分别观测它在太空中的运动轨迹、它的光度和光谱来断定其质量、年龄、金属度(化学组成)以及恒星的其他属性。一颗恒星的总质量是决定它的演变及最终命运的主要因素。其他特征也能改变它的生命,例如直径和温度;同时,恒星的环境也会影响到它的自转和运动。以许多恒星的表面温度为一条坐标轴、以光度为另一条坐标轴所成的图像叫做赫茨普龙·罗素图(赫罗图)。也有一些赫罗图添加了部分特殊恒星的年龄轴与演变状态轴。

       

     

除质量之外,比氦更重的元素也在恒星的演变过程中起到了至关重要的作用。天文学家们给所有比氦还重的元素贴上了“金属”的标签,并测定恒星中这些元素的化学浓度,也就是金属度。恒星的金属度会影响到它什么时候开始燃烧它的燃料、控制磁场的形成,这些也都对星风产生影响。实际上,年长的II族恒星比年轻的I族恒星的金属度要小,因为它们形成的分子云的化学组成不同。随时间的推移,当年长的恒星死亡并脱去大气层的一部分后,这些分子云中出现的重元素就会越来越多。

作者: Ethan Siegel Senior Contributor

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