恒星为什么会燃烧以及它们死亡时会发生什么？

发布时间：2025-01-05 07:07

星星虽然存在很长时间，但最终还是会消亡。构成恒星的能量来自单个原子的相互作用。因此，要了解宇宙中最大、最强大的物体，我们必须了解最基本的物体。然后，当恒星的生命结束时，这些基本原理再次发挥作用，描述恒星接下来会发生什么。天文学家研究恒星的各个方面，以确定它们的年龄以及其他特征。这也有助于他们了解他们所经历的生与死的过程。

一颗明星的诞生

恒星需要很长时间才能形成，因为宇宙中漂浮的气体被重力吸引到一起。这种气体主要是氢，因为它是宇宙中最基本、最丰富的元素，尽管有些气体可能包含其他一些元素。足够多的气体开始在重力作用下聚集在一起，每个原子都拉扯所有其他原子。

这种引力足以迫使原子相互碰撞，从而产生热量。事实上，当原子相互碰撞时，它们的振动和移动速度更快（这就是热能的真正含义：原子运动）。最终，它们变得如此之热，并且单个原子具有如此多的动能，以至于当它们与另一个原子（也具有大量动能）碰撞时，它们不仅仅会相互反弹。

有了足够的能量，两个原子就会发生碰撞，这些原子的原子核会融合在一起。请记住，这主要是氢，这意味着每个原子都包含一个只有一个质子的原子核。当这些原子核融合在一起时（这一过程被称为核聚变），产生的原子核有两个质子，这意味着产生的新原子是氦。恒星还可能将较重的原子（例如氦）融合在一起，形成更大的原子核。（这个过程被称为核合成，被认为是我们宇宙中许多元素的形成过程。）

一颗星星的燃烧

因此，恒星内部的原子（通常是氢元素）碰撞在一起，经历核聚变过程，产生热量、电磁辐射（包括可见光）和其他形式的能量，例如高能粒子。我们大多数人认为这个原子燃烧时期就是恒星的生命期，正是在这个阶段，我们看到天空中的大多数恒星。

这种热量会产生压力，就像气球内的加热空气会在气球表面产生压力一样，从而将原子推开。但请记住，重力试图将它们拉到一起。最终，恒星达到引力和排斥压力平衡的平衡，在此期间恒星以相对稳定的方式燃烧。

也就是说，直到燃料耗尽为止。

恒星的冷却

当恒星中的氢燃料转化为氦和一些较重元素时，需要越来越多的热量来引起核聚变。恒星的质量决定了“燃烧”燃料所需的时间。质量越大的恒星消耗燃料的速度越快，因为需要更多的能量来抵消更大的引力。虽然我们的太阳可能会持续大约 5 亿年，但更大质量的恒星在耗尽它们的能量之前可能只会持续 1 亿年。燃料。

当恒星的燃料开始耗尽时，恒星产生的热量开始减少。如果没有热量来抵消引力，恒星就会开始收缩。

然而，一切并没有失去！请记住，这些原子由质子、中子和电子（即费米子）组成。管理费米子的规则之一称为泡利不相容原理，它规定没有两个费米子可以占据相同的“状态”，这是一种奇特的说法，即在同一位置不能有多个相同的费米子在做一样的东西。（另一方面，玻色子不会遇到这个问题，这是基于光子的激光器工作的部分原因。）

其结果是，泡利不相容原理在电子之间产生了另一种轻微的排斥力，这可以帮助抵消恒星的塌缩，将其变成白矮星。这是由印度物理学家 Subrahmanyan Chandrasekhar 于 1928 年发现的。

另一种类型的恒星，即中子星，是在恒星坍缩并且中子与中子之间的斥力抵消了引力坍缩时形成的。

然而，并非所有恒星都会变成白矮星甚至中子星。钱德拉塞卡意识到有些明星会有截然不同的命运。