恒星爆炸

时间:2024-06-06 18:13:36编辑:思创君

恒星会爆炸吗

  所有的恒星末期都会产生爆炸,规模大小不同,质量大的星体爆炸时变成新星或超新星,然后演变成矮星、中子星、黑洞等最终状态。爆炸主要是由于引力与塌陷产生的压力不平衡造成的。

  爆炸前,恒星能量耗尽,压力变小,引力导致星体开始塌陷,随着塌陷不断升级造成压力大于引力时,会排斥星体外壳向外膨胀,像气球一样爆炸,抛出一部分的质量,使引力变小与压力达到新的平衡状态,这时星体才稳定下来。星星的质量不同,末期的命运不同。质量越大,引力越大,塌陷时的压力就越强。要形成太阳这样的黄矮星,原始星云质量必须大于太阳质量的1069倍。质量小于1.44倍太阳质量(称为钱德拉塞卡极限)的巨星,在巨星阶段结束后能坍缩成稳定的白矮星。质量大于钱德拉塞卡极限小于太阳质量2-3倍的巨星,坍缩成中子星。质量大于太阳质量2-3倍的巨星,可能坍缩成黑洞。需要注意,这里的质量是坍缩之前的质量,主序星阶段质量要比它大。


恒星爆炸后会变成什么星球

质量小的恒星,大于0.5倍太阳质量小于1、4倍太阳质量,炸去外壳变成白矮星;质量大一些1、4倍到3、2倍,超新星爆发,成为中子星;大于3、2倍太阳质量,超超新星爆发,成为黑洞。超新星爆炸是一种天文现象,在1987年,天文学家在名为大麦哲伦云矮星系附近发现超新星爆炸,在其爆炸之后没有留下任何痕迹。 SN 1987A是一颗在最近300年里记录到的最接近我们的超新星,即使借助于"哈勃"太空望远镜也没有发现黑洞或超密实中子星,按现代理论在超新星爆炸后应该出现黑洞。巨大质量恒星的内部温度远高于表面,最大的超巨星核心温度超过10亿兆。对于一颗稳定的恒星,核心温度的理论上限为60亿K。超过这个温度,恒星内部物质发射出的光子能量将高达到可以在互相碰撞时转化成正负电子对,这样的反应会让恒星失去稳定,最终在一场巨大的爆炸中毁灭。


恒星爆炸后形成了什么?

你这么说应该是指超新星
在恒星生命的整个过程中,受控制的一系列核反应活动从氢聚变直到硅聚变,释放出极其巨大的能量。同时产生出地球上生命所必需的许多元素。然而,与大质量恒星临终的暴烈活动——超新星爆发相比,前面一系列产能过程会显得不够突出。怀有惰性铁核的庞大红巨星,其中心在耗尽能源的最后时刻,引力坍缩立即开始。这时已不存在出现新的聚变反应来抗拒坍缩以恢复恒星平衡的条件。在恒星核心熔炉熄灭数秒钟之内就导致一桩桩急速相继的剧烈事件,而不是继续坍缩下去。这种超新星爆发,以多种方式释放能量,其中包括已知的像宇宙射线这类加速荷电粒子。

  恒星铁核在巨大的压力下坍缩。质子和电子被挤压到一起形成中子,作为副产品释放出数万亿中微子。典型的结局是,恒星核以约每立方米1000万亿千克的与原子核相同的密度,聚集到一个30千米直径的球体之中!而该恒星的外层随着坍缩以很高的速度向内运动。向内运动的物质同固态中子核相撞,变得很热并又向外反弹出去。在气体的极端高温与从星核逃逸的中微子的联合驱动下,反弹运动同爆炸一样猛烈。高速向外运动的激波,携带上更多气体使爆炸物质达到极高的温度。高温又点燃恒星外层大气中的氢和较轻的气体,产生聚合反应。庞大外层气体整体的巨大聚合爆发,仅发生在约1秒钟的时间里,瞬间令这颗超新星剧变到1000亿颗恒星那样明亮!

  灾变性的爆发之后,随着超声速激波的继续向外冲向星际空间而使越来越多的气体加热,该星能以如同2亿颗太阳那样明亮的光芒,继续闪耀两三个星期之久。由于特别明亮,有时只凭肉眼也能看到超新星爆发。公元1054年,中国古代天文学家杨,对他称之为"客星"的突然出现的一颗亮星作了观察记录,在整整一个月的时间里白天也能看见这颗星。我们当今知道,那就是产生金牛星座中蟹状星云的超新星爆发,这是现代天文学研究得最清楚的天体之一。
  相当近的一次超新星爆发事例发生于1987年11月24日的初始数小时内。有位名叫I·谢尔顿(Ian Shelton)的加拿大年轻天文学家,当时他从正在作观测的智利南部一台大型望远镜近旁走出圆顶室小憩。他注意到在我们小型比邻星系大麦哲伦星云中出现一颗"新的"星星。这个天体,后来命名为SN1987A,就是另一颗稀有的凭肉眼就能看见的超新星,近400年来出现的最亮的超新星。当时,从地球上埋藏在地下的两处检测器记录到少数中微子,从而我们得知这次爆发产生出这类难以检测的粒子。(因为中微子不易与物质相互作用,抵达地球的绝大部分超新星中微子仅只穿过地球而未留任何踪迹。)在这次爆发之后几乎已过去了十年的今天,我们仍然不知道这颗超新星身后遗留下什么。爆炸物质壳仍然从爆发处向外冲击,妨碍我们看清里面有什么。我们猜想,超新星激波把粒子加速到很高的能量,形成宇宙射线和其他辐射,在直到爆炸壳变得足够薄让这种辐射逃逸出来时,我们才能确切知道。另一方面,对于近千年前被中国人看到的有关蟹状星云遗迹的事件,我们却知道得很多。

死亡恒星的余烬

  当今,蟹状星云爆炸区仍在发光,星云中心有个急速自转的早已死亡的恒星,已知它是一颗脉冲星。该天体从射电直到甚高能γ射线的广阔范围发出很强的辐射。什么恒星才是脉冲星,它为何发出如此广阔范围的辐射?脉冲星的发现和我们对其本性的理解在科学实践上提供了一个有意思的研究事例,导致其发现者之一于1974年获得诺贝尔奖。

  故事实际上是从更早些年的20世纪30年代开始的,还须回溯到恒星聚变反应理论刚提出后。天文学家观测到超新星爆发并认识到这就是大质量恒星生命的终点。但是恒星核到底变成什么?当时流行的理论是恒星核变成了白矮星。已经知道存在着这种恒星,它的特征是具有白热表面的暗弱恒星。

  有关白矮星的理论是卓越的年轻印度天体物理学家S·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)于1931年提出的。他当时21岁,从印度奔赴剑桥大学为了取得物理学博士学位去学习,正待在旅途的船上。在漫长的旅途中,他考虑解决坍缩的恒星最终的特性问题。他提出所谓"电子简并压力"使恒星停止坍缩的见解。意思是说,由重元素原子核组成的恒星核湮没在群集的电子海洋中,当引力坍缩将电子"气体"挤压进入恒星核的尽可能最小的体积中之后,恒星就变为稳定状态。已压缩的电子气所给出的压力会支撑恒星核的重力,于是就形成了稳定的白矮星。钱德拉塞卡的计算表明,白矮星极其致密,是把太阳那样大的质量挤压进地球这样小的体积之中的一类天体。尽管这种天体令人不可思议,也不顾来自当时最著名的天体物理学家爱丁顿(Arthur Eddington)的反对,白矮星的这一理论最终还是被接受了。

  钱德拉塞卡的理论发表后的30来年间,很多理论提出具有比白矮星更高密度的恒星,但这些理论被认为是不必要的。大多数天体物理学家乐于接受白矮星就是超新星爆发后的残留物的说法。不管怎样,钱德拉塞卡的理论确实包含一个预言性结论。他发现电子压力不能阻止大于14个太阳质量的恒星核的坍缩。换句话说,更大质量的恒星核在巨大引力的作用下坍缩更加急速,以至电子气体压力也会被征服。这种坍缩中的巨大质量恒星核的结局当时尚不清楚,大多数天文学家去研究其他课题了。


恒星爆炸的真正原因是什么

是恒星物质在引力作用下收缩所致。大质量恒星在演化后期,恒星外层向外膨胀,成为红巨星或红超巨星,而内核却因为核聚变反应停止,会在引力作用下收缩。恒星物质越向内,原子量越大;越向外,原子量越小。恒星物质在发生核聚变反应时,越轻的元素(原子量越小)越容易发生;越重的元素(原子量越大),原子核越不容易发生聚变。当大质量恒星中心物质经过聚变反应,生成铁后,就不能再聚变了,恒星核内的核聚变反应就会停止。从核心向外,各种元素成层状分布,各种仍在进行的核聚变反应发生在各层的交界面上,整个恒星就像一个巨型的“洋葱头”。如下图。恒星是依靠内部核聚变反应产生的向外的辐射压与向内的引力相平衡而保持稳定的。一旦中心的核聚变反应停止,向外的,用于平衡引力的辐射压就不存在了,引力就会占上风,于是内部的恒星物质就会向内收缩,使中心密度升高,铁被压缩成一个紧挨着一个地排列着,这种状态叫“电子简并态”。由于原子被压缩成一个紧挨着一个地排列,所以由铁形成的恒星核已经不能被继续压缩了。随着外层各种核聚变反应的进行,各种核“原料”越来越少,恒星向外膨胀得越来越厉害,温度和密度的下降,终会使所有的核聚变反应都停止。于是,向外的辐射压完全消失,引力的作用已经不可阻挡,恒星核心以外的物质都开始向中心坍缩,这个现象称为“铁心灾变”。就像自*由落体一样,这种坍缩一开始并不快,但会越来越快,到外层物质接近恒星核时,其速度已经增大到接近光速,并最终撞击到恒星核上。但恒星核是由电子简并态的铁构成的,不可压缩,这些物质就像撞到一堵无比坚硬的墙。于是,这些撞击物质就会在作用力反作用力作用下,以几乎相同的速度,反向冲出恒星,一场毁灭恒星的内爆发生了。这就是超新星爆发。超新星爆发是一颗大质量质量生命的终结。在超新星爆发中,恒星成为一团星云,中间会留下一颗密度极高、体积极小的中子星或黑洞。

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