【学术知识】恒星极不寻常的一生

3、红巨星：

随着恒星内核的氢燃料枯竭，恒星的氢越来越少。当恒星中心区的氢气消耗殆尽，这时会形成由氦构成的内核。氢聚变的热核反应就没有足够的能量在中心区继续。这时引力重压没有辐射压（氢聚变）来平衡，星体中心区就要被压缩，温度会急剧上升。
当中心氦核球温度升高后，紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度，热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大，氢燃烧层也跟着向外扩展，使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。
然而这个过程仅仅持续了数十万年，这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。

当红巨星的燃料殆尽，这时内核开始坍塌、压缩，外壳爆炸。在这里，恒星有三种死法，但无论选择哪一种，都由剩余质量决定：
（1）剩余质量和太阳差不多（坍缩为白矮星）（如图1）
（2）剩余质量比较大（坍缩为中子星）（如图2）
（3）剩余质量特别大（坍缩为黑洞）（如图3）
图1：白矮星正在吸收红巨星的大气
图2：中子星

图3：黑洞

（1）当剩余质量和太阳差不多时，中小质量的恒星则比较平稳地抛出物质，形成行星状星云（如图4），中央残核留有一颗致密天体——白矮星，白矮星冷凉了，就成了黑矮星。这就是中小质量恒星最后的归宿。
图4：白矮星与其抛射出的行星状星云
（2）当剩余质量比较大时，红巨星外壳就会发生超新星爆发（如图5），留下坍缩的内核，爆发与坍塌同时进行，坍塌作用使核心处的物质压缩得更为密实。理论分析证明，电子简并态不足以抗住大坍塌和大爆炸的异常高压，处在这么巨大压力下的物质，电子都被挤压到与质子结合成为中子简并态，密度达到10亿吨/立方厘米。（也就是说：中子星上一颗花生仁的物质就要重达10亿吨！！！）由这种物质构成的天体叫做中子星（也叫做脉冲星）。一颗与太阳质量相同的中子星直径只有大约20千米。
图5：超新星爆发
（3）当剩余质量特别大时，红超巨星外壳就会发生超超新星爆发。从理论上推算，中子星也有质量上限，最大不能超过大约3倍太阳质量。如果在超新星爆发后核心剩余物质还超过大约3倍太阳质量，中子简并态也抗不住所受的压力，只能继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候，在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动速度的极限，连光子都无法摆脱的天体必然能束缚住任何物质，所以这个天体不可能向外界发出任何信息，而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内，一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质，就象一个漆黑的无底洞，所以这种特殊的天体就被称为黑洞。黑洞有很多奇特的性质，对黑洞的研究在当代天文学及物理学中有重大的意义。
新恒星的诞生：
当超新星爆炸时，会把大部分物质散落到太空中去，这些物质不仅会有原先在恒星外层的氢和氦，还有碳、氧、硅、铁等重元素，在这些物质特别密集的区域就会分别成群地凝聚出新一代恒星，它们类似太阳或比太阳含重元素更多。我们的太阳是这些恒星中的一颗，它们被叫做第二代恒星。 星云是构成恒星的原料，而恒星向空间抛射的物质也成为星云的一部分原料
一颗恒星的结束，意味着另一颗恒星的诞生。