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恒星演化的最终结果是什么?是否存在爆炸后彻底被摧毁的情况?

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确实存在这种情况,但极其罕见!其实恒星演化过程中的死亡和最后会留下什么?完全取决于一个因素,那就是自己本身的质量。下面我就从不同质量恒星最终的结局说起。

宇宙中恒星的生存、死亡给下一代恒星的诞生提供了原材料,也为行星上的生命带来必要而又丰富的元素。宇宙一开始并没有恒星,在很久以前,氢、氦等元素以冷气团的形式扩散,随后在自身引力的作用下坍缩。

当气体云坍缩达到一定的密度时,在高温高压的作用下核心会点燃核聚变形成恒星。气体云的塌缩会形成各种各样的恒星,主要是炽热的蓝色大质量恒星,但也包括其他恒星类型。

看看上图中这个星团的核心,在NGC 3603星团中我们看到了大量的蓝色恒星。

但是在这些亮蓝色的恒星中还有很多质量较小、类似太阳的恒星,还有更多暗淡的、红色恒星。NGC 3603星团就在我们银河系中距离我们只有2万光年,是宇宙中众多恒星形成区域的一个典型例子。

而NGC 3603星团中的每一颗恒星,和宇宙初期形成的任何一颗恒星一样,终有一天它们会耗尽燃料而死亡。但是每颗恒星会经历怎样的死亡过程、死亡后会是什么样的结局?这完全取决于一个唯一的因素,就是原恒星的质量。

红矮星(M级恒星)的结局

质量最低的恒星,红矮星也就是上图中的M型恒星,其质量为太阳的40%或着更少,其燃料的燃烧速度最慢。我们的太阳是一个G型恒星可以存在数十亿年,而M型恒星可以存在数万亿年,其燃料可以缓慢、均匀的燃烧,最终会将所有的氢变成氦,然后简单地整体收缩,形成一个退化的原子球:一颗白矮星。白矮星的密度是水的100多万倍,是太阳中心的1000多倍,它的体积不到1个地球,但是其质量可能是地球的10万倍。

一颗红矮星死亡后并会发生任何形式的爆发,其所有的质量都会塌缩为一颗白矮星。虽然M型恒星是宇宙中最多的恒星(大约占总数的75%)但它们质量最小,也可以说是最稳定的恒星,因为在我们的宇宙诞生以来,还没有任何一颗红矮星将自己的燃料耗尽,毕竟整个宇宙才138亿岁。但是其他类型的恒星,从k型恒星一直到低质量的B型恒星都将会和我们的太阳一样以同一种方式死亡。

从K型恒星到B型恒星的结局(包括太阳)

与M型恒星不同的是,这些恒星燃烧燃料的速度更快一点,因此恒心外层的氢永远没有机会沉降到核心发生核聚变。更重要的是,恒星核心中的氦可以进一步融合成碳、氮、氧,有时甚至是更重的元素,甚至到铁。这类恒星走到生命的尽头时,它们会产生壮观的行星状星云!

上图中的行星状星云为猫眼星云。星云由恒星的外层组成,这类恒星死亡以后其核心会收缩成白矮星,外层会被剧烈的恒星风吹到星际空间中,持续几千年的时间。恒星的外层的平均质量只有恒星质量的一半,由97%左右的氢组成,这是为未来的恒星提供燃料的理想物质,而内层核心,主要由碳和氧组成。

宇宙中每800颗恒星中可能有799颗的最终命运就是退化成一颗白矮星,终有一天宇宙中还充满大量的白矮星,其的数量也将超过宇宙中所有的恒星。但并不是每一颗恒星最终都会变成白矮星。800颗恒星中就会有1颗恒星质量足够大,将会在最壮观的爆炸中死亡:一个II型超新星爆发!

O型恒星的结局(中子星或黑洞)

这类恒星的质量大约是太阳的4-5倍,其内部有足够的物质会继续向密度更大的状态发展!最终原子会被压碎,质子和电子结合形成中子,整个恒星核心会坍缩成一颗体积极小、密度极大的中子星。

因为恒星本身在旋转,坍缩以后的中子星会以更快的速度旋转,因此产生的磁场是太阳表面磁场的数万亿倍。并且在南北两极发出电磁辐射。一些中子星发出的电磁脉冲会周期性的扫过地球,因此我们称它们为脉冲星。

更重要的是,在Ⅱ型超新星的爆发中不仅仅是富含氢的外层被抛洒到宇宙中;还包括大质量恒星产生的丰富的重元素。而地球上所有的元素都起源于II型超新星爆发!

但是中子星只是绝大多数大质量恒星的结局,并不是所有II型超新星的命运。所有恒星类型中最罕见、质量最大的o型星实际上可以有三种不同的命运,这取决于原恒星的质量。如果原恒星质量太大,就无法产生中子星,因为即使是中子星也有质量极限,某种情况下也不会留下黑洞!

超大质量O型恒星的三种结局

  • 130倍以上的太阳质量,整颗恒星爆炸

如果一颗恒星的质量超过太阳质量的130倍左右,原恒星可能会在一种非常特殊的爆炸中死亡,这种爆炸被称为“不稳定对超新星”,在这种情况下,核心会产生正反物质对,使得核心的辐射压力下降打破恒星的平衡,在引力的作用下会导致失控的热核反应,摧毁整颗恒星,在恒星中心什么也不会留下。

  • 250倍以上的太阳质量,整颗恒星坍缩成大质量黑洞

还有一种可能的命运,如果一颗恒星的质量是太阳质量的250倍以上,那么这颗恒星就会经历大量的光衰变,恒星的整个核心会坍缩成一个黑洞,除了几道高度准直的喷流,没有任何爆炸的迹象。一般这种恒星会产生一些超大质量黑洞。

8倍以上太阳质量的恒星,会在超新星爆发中留下黑洞

还有一种是我们最熟悉的,那就是核塌缩型超新星爆发,母恒星被摧毁,恒星的核心会坍缩为一颗黑洞。

这就是不同质量的恒星死亡后的过程,以及它们会留下什么。如果没有这些恒星的死亡,我们永远也不会出现在这里,在数十亿年后,构成我们的物质将在宇宙中扩散,在其他地方重新创造出未来的恒星,行星,可能还有生命!

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