淺談恆星演化全過程

星雲階段

由最初的星雲形成恆星必須經過引力坍塌的過程，但坍塌並不是所有星雲都可以做到的，我們知道分子間的熱運動，微觀粒子相互撞擊，越是劇烈的撞擊物體越熱，這是內能的微觀體現。龐大的星雲也具有這種過程，而且要更為劇烈，劇烈到一些熱星雲可以抵抗星雲內氣體粒子的坍塌過程，就無法形成恆星。金斯在1902年提出的被稱為金斯引力不穩定性理論，就是指明恆星只有滿足一定物理條件時才可以產生。金斯引力不穩定性引入了大量的公式，這裡引用原文中對公式的解釋：假設星雲狀態是一種理想狀態，它與實際狀態之間的差異可能是很大的。例如，實際星雲的中心密度一般比較高，因而中心附近的物質要先於邊緣的物質到達「核」。中心地帶密度增長快導致邊緣物質還沒有到達，中心就開始了聚變反應，聚變對外產生的能量阻礙了邊緣物質的下落，或把它們驅散。在簡要說下形成恆星還需要滿足的三個要求，在坍塌過程中：1損失能量2損失角動量3損失磁能。其一是為了減少粒子間膨脹對恆星形成的阻礙。其二是為了不至於角動量方向離心力導致停止收縮3其三，我們知道磁場強度和半徑成反比，之前星雲微弱的磁場因為坍塌成恆星尺度從10^19cm壓縮到了10^11cm。這個過程使磁場增加了10^16倍。必須是天文數字啊。如果不損失掉一部分磁能，對恆星的形成同樣是阻礙作用。（之後會提到密度更大的中子星，就具有極強的磁場）

亂彈：在不知道太陽是聚變之前，人們猜想太陽上都是煤，而太陽體積的煤只可以持續燃燒3K年，根據進化論的資料，地球的年齡遠比這個久遠，而太陽至少和地球一樣大。這就不免叫當時的科學家疑惑了。順便一提遁遁有一篇轉載的如何在太陽上取煤，大概就是這個名字吧，挺搞笑的，大家可以翻來看看。

主序星過程

從聚變所需的能量說起

小時候聽說氫彈需要核彈來引爆，覺得莫名其妙，用核彈炸氫彈破壞了氫彈的結構怎麼辦？其實當時的一己之見就完全是因為知識過於匱乏，氫核聚變的所需溫度之高只有用重核的鏈式反應才能達到，當然不是真的放一顆核彈進去，只是為了滿足氫核聚變最原始的條件，之後就可以自發進行。

兩個氫核想要在一起必須克服庫倫勢壘，這要求足夠大的動能，計算結果是2*10^10K，非常驚人的溫度，實際上，並不需要那麼高。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分布，不同粒子因為遭受不同的碰撞過程有不同的概率分布函數，儘管整體未必能達到溫度，但是單個粒子的動能有時候會變得非常大。在考慮到量子遂穿效應，克服庫倫勢壘的溫度被降低到了700萬K，依靠恆星引力是可以做到的。

順便一提，氫聚變的溫度要求恆星質量不小於0.08倍的太陽質量，這顯然也遠大於木星質量，所以木星即使被點燃也不會成為恆星的。

主序星看赫羅圖真是太好用了

赫羅圖這玩意很坑爹的，去百度圖片上竟然沒有搜到正常能用的，能看的還是英文，兩張圖大家湊合著看吧。橫坐標是表面溫度，縱坐

標是光度。有一條斜著貫穿坐標的線，表達的就是主序星，一般我們只說主序星，其實主序星還分為藍主序星和黃主序星，他們的演化過程是不一樣的。

藍主序星階段經過主序星-紅超巨星-超新星-中子星，然後還有一部分變成了黑洞

黃主序星階段經過主序星-紅巨星-行星狀星雲-白矮星（明顯要比上面那個差一個檔次啊）

中等質量恆星

中等質量恆星質量介於2.3-8倍太陽質量之間，在燃燒完中心的氫之後，一樣會形成一個氦核，與小恆星相同。不同的是，中等質量恆星過渡到紅巨星的過程非常短暫。在10^6年這一量級，因此在赫羅圖上並不容易觀察到，，成為和聊天的空隙區，恆星達到紅巨星是，中心的溫度已升高到10^8K，從而氦開始燃燒，主要反應也是氦原子核聚變為碳和氧。但與小質量恆星不同的是，氦燃燒不經過氦閃，而是平穩的渡過，同時整個恆星內部對流很強。對流使得中心區域的還不斷被搬運到核的表面，形成氦燃燒的殼層，而中心部分逐漸變成由碳氧組成的核。在這一過程恆星是非常不穩定的。

此後，恆星的過程很像小質量恆星，進入AGB階段。不同的是AGB階段中等質量恆星可能會產生熱脈動，造父脈動，並會產生非常巨大的星風。另一方面，此階段碳氧核去會產生大量中微子，攜帶能量使核區溫度降低。

中等質量恆星最終有兩個結局。第一是殼層的燃燒不能使中心核進一步聚變，，恆星由AGB階段轉化為行星狀星雲，最後成為一顆碳氧白矮星。第二種情況，如果內核可以繼續燃燒，他所發生的過程將是爆炸性的，就成了我眼中一個比較刺激的名詞，超新星爆炸，但只有接近8倍太陽質量的恆星才有可能。

這裡的造父脈動和熱脈動和快餐一樣，有興趣的同學可以去維基一下造父變星。這裡簡要敘述一下此階段會有此效應的原因是因為因為氦越熱，電離程度越高，越不透明，內部加熱導致膨脹，膨脹降溫導致停止膨脹甚至收縮。這種有規律的變化成為脈動。

超新星是某些恆星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮，過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系，並可持續幾周至幾個月才會逐漸衰減變為不可見，即使在白天也可以用肉眼觀察到

超新星的詳細介紹在最後會有的，大家只需要大概了解這是一個怎樣壯觀的景象就好了

大質量恆星通常是O型和B型星。他們在銀河系只佔恆星總數的10%左右。和中小質量恆星不同，大質量恆星在經過氫燃燒和氦燃燒之後，所產生的碳-氧核是電子非簡併的，因此發生碳燃燒時，中心核不會產生劇烈的閃耀現象。同時，大質量星在演化過程中，星風所造成的物質流失極大。特別是演化後期，不斷將內部產生的重元素拋射到宇宙空間，因此大質量恆星時星際介質，特別是重元素的重要來源。由於劇烈的物質拋射以及內部對流，大質量星在離開主序星後的演化，往往要在紅超巨星和藍超巨星之間來回反覆幾次，中間也會經過早父不穩定帶而成為造福變星。

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