白矮星、中子星、黑洞、超新星的關係是什麼?

淚鋶滿靣

白矮星、中子星、黑洞、超新星這些都是恆星演化的產物,只是不同質量的恆星,演化方式不同,太陽這樣的恆星不會形成超新星,而是變稱矮星。當一顆恆星耗盡自身所擁有的燃料後,依據它在生命後期的質量,恆星殘骸可能會出現的演變方向大致有三種。第一個就是白矮星,第二個可能形成中子星,最後一個就是黑洞。

恆星不可能一下子變成黑洞,需要經過一個爆發的過程。超新星則是一些恆星在演化接近末期時發生的劇烈爆發,變成中子星或黑洞階段。我們知道恆星通常是由一團等離子體物質組成的,靠強大的熱核反應對外產生能量,同時還有強大的壓力來支撐其龐大的身軀。當恆星在接近演化末期的時候,核原料消耗盡後恆星就會失去足夠的質量和向外壓力,於是外層物質就會開始收縮。

如果恆星的質量低於1.44倍太陽質量,那麼這顆恆星就會朝矮星方向演化,比如我們的太陽,是不可能出現超新星爆發的。反之恆星的質量大於1.44倍太陽質量,那麼演化方向就多樣了,超新星爆發是比較常見的選擇之一。

如果一顆恆星要變成中子星,那麼質量就要更大一些,質量大於十個太陽質量的恆星才有機會變成中子星,恆星發生坍縮之後中子星就在中心位置形成。當然,如果這顆恆星足夠大,比如達到數十倍太陽質量的話,演化末期則會演變成為黑洞,形成恆星級黑洞,這又是恆星的一種演化方式了。


川陀太空

簡單來說,它們都是源自恆星。白矮星、中子星和黑洞都是恆星演化的終點,而超新星是恆星形成中子星和黑洞之前的一個階段。恆星最終會演化成什麼樣子,取決於它在主序階段的質量。

恆星從星雲中形成,其主要成分為氫和氦。在恆星的高溫高壓核心部分,氫不斷被聚變為氦,同時釋放出能量,產生輻射壓以抵抗引力坍縮。恆星一生的大部分時間都是進行這樣的過程,這個階段被稱作主序階段。當核心部分的氫用完之後,如果是質量低於太陽一半的紅矮星,它們的核心無法再繼續進行氦核聚變。由於沒有輻射壓的支撐,紅矮星將會不斷髮生引力坍縮而越變越小,直到電子簡併壓力起到支撐作用,結果形成密度很高的白矮星。

如果恆星的質量比紅矮星更大,但小於8個太陽質量,那麼,當氫耗盡時,核心收縮產生足夠高的溫度和壓力,可以使氦進一步發生核聚變反應。與此同時,外殼向外快速膨脹,結果形成紅巨星。當氦也耗盡之後,核心就會不可阻擋地坍縮為白矮星,外殼則脫離為行星狀星雲。事實上,對於質量更大的恆星,在氦之後還會進一步發生核聚變反應,直至生成鎂,最終形成氧-氖-鎂白矮星。

如果恆星在主序階段的質量大於太陽的8倍,那麼,恆星將會逐漸膨脹成紅巨星,核心能夠產生一直到鐵的元素。最終,恆星內部失衡,導致恆星發生極為猛烈的爆炸,使得大部分物質被拋入太空中,這就是超新星爆發。在此期間,通過中子捕獲過程還會產生比鐵重的元素。不過,整個恆星並不會完全爆炸掉,核心部分將會殘留下。

如果恆星在主序階段的質量低於太陽的20倍,核心的引力坍縮將會突破電子簡併壓力,直到中子簡併壓力起到支撐作用,結果形成密度比白矮星更高的中子星。如果恆星在主序階段的質量高於太陽的20倍,中子簡併壓力也無法起到支撐作用,最終所有物質被壓縮到奇點中,形成一個就連光也無法逃逸的特殊時空區域,這就是黑洞。


火星一號

題主所說的四種事物都是恆星主序星階段結束之後的產物,這四者之中,白矮星和中子星、黑洞、超新星沒什麼演變上的關係,而超新星和中子星與黑洞卻有演變上的關係。下面分別解說一下。

恆星大都是以氫元素和氦元素為主要原料形成的內部進行著核聚變的星體,以我們的太陽為對照標準,那麼小於太陽一半兒質量的恆星就是紅矮星,它們的壽命都很長,因為內部的核聚變穩定而緩慢,一般都在千億年以上,但是在它們的主序星階段結束之後並不能形成白矮星,通常他們會漸漸形成黑矮星。

質量在太陽的一半以上到八倍以下的恆星,當內部的溫度和壓力不足以再進行合成新的元素時,就會漸漸熄滅,比如我們的太陽,大致會進行到碳或氧的階段,之後它將無法再合成新的元素,這時的太陽已成為紅巨星,並將漸漸熄滅,之後它的核心將剩下一顆白矮星,白矮星大致經過200億年的能量散失輻射後會成為黑矮星。



質量大於八倍,太陽質量的恆星,在內部核聚變進行的鐵元素的時候,就會突然發生超新星爆發,這一時刻的恆星就成了超新星。

超新星的時間通常都很短暫,只有前幾分鐘會很劇烈,而超新星爆發產生的伽馬射線暴,通常都會在一分鐘之內,這是它能量最強的時候,一般超新星爆發的總體過程階段也不會超過三年,比如蟹狀星雲前身恆星的爆發大概經歷了一年多時間,在這段時間中,超新星內部迅速合成了鐵以及鐵以上的多種元素,當它的能量無法再合成新的元素時,超新星爆發基本上也就結束了。



超新星爆發的恆星的質量也是不同的,其原始主序星的質量在8到30倍太陽之間,那麼通常這樣的恆星超新星爆發之後會成為中子星,如果是大於30倍太陽質量的恆星,超新星爆發之後則會成為黑洞。


所以可以說,宇宙中的中子星都是由超新星形成的,宇宙中的黑洞也絕大部分都是超新星形成的,不過有些超大質量的黑洞卻不一定,因為有一些星系中心的黑洞乃至類型題等,都產生於宇宙之初,是因為宇宙之初有些物質和能量密集的區域,產生了一些大質量黑洞。


科普大世界

答:恆星演化的最終四種天體。


恆星內部的“拔河比賽”

恆星如太陽內部在發生著劇烈的核聚變,釋放出巨大的能量,以光和熱的形式體現出來,這也是人類生存的能量源頭。由於萬有引力的存在,恆星在進行著引力塌陷,恆心內部高溫高壓的環境促使了核聚變的發生,與引力塌陷達到平衡,但是隨著燃料的“燃燒殆盡”,引力塌陷贏下了這場比賽,恆星將因自身的質量走向“白矮星”、“中子星”、“黑洞”、超新星。
#圖片來源網絡侵刪,黑洞#

可愛的太陽最終歸屬會成為白矮星。

#圖片來源網絡侵刪,白矮星#

太陽質量的8-30倍的恆星變為白矮星後並不會是最終歸屬,內部會繼續塌陷收縮中間物質全部變為中子,密度極大,最終成為中子星,其外圍恆星的物質會急速膨脹爆炸,釋放巨大能量,也稱為超新星爆發。

#圖片來源網絡侵刪,中子星#


超過太陽質量30倍的恆星最終經過超新星爆發,中心物質引力塌陷到極致,中子亦被擠壓到一起,密度極大,也就成為了黑洞。

#圖片來源網絡侵刪,超行星爆發#



黑洞家的鏟屎官

它們的關係得從恆星說起!

當一顆大質量的恆星核聚變到一定程度時,氫元素聚變為氦的過程完結,恆星的內部物質因為萬有引力的作用,進一步聚變,生成更高原子量的元素。

這時恆星收縮為紅巨星,當恆星的物質變成鐵鈾這類高原子量的元素,溫度高到無法想象的程度,恆星進一步塌縮為白矮星。

白矮星燃料耗盡,其所放出的熱量不足以抵禦萬有引力的壓縮,原子外的電子全部被壓到了原子核中,電子和質子結合成中子,使得恆星變成了一顆密度大到無法想象的中子星。

中子星的熱量不足以抵擋萬有引力時,就會進一步塌縮為黑洞!

在各個塌縮過程中,因物質摩擦和聚變,會產生大量的熱量,如果恆星的質量不夠,則萬有引力過小,就會導致恆星劇烈爆炸。恆星爆炸時亮度突然變高,因此被稱為超新星。

如果中子星的質量夠大,同樣情況,會進一步塌縮,從而形成為萬有引力大到光子也無法逃逸的黑洞。

一顆恆星最終要變成黑洞,其質量最少要太陽質量的四倍以上,否則在塌縮過程中會因引力不夠而爆發為超新星,最後爆炸成為星雲。

而恆星的質量越大,其聚變速度越快,恆星的壽命越短。


老郭的封面


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