恒星一直在燃烧,燃料总有一天会消耗完,那么烧完需花多长时间呢?

21户小山村


恒星从形成到熄灭,并没有固定的时间,它的寿命和它的质量有直接的关系,表现为质量越大的恒星的寿命就越短,越小的恒星的寿命就越长。

可能有很多朋友不理解为什么会这样,想不透为什么不是质量更大的寿命更长,反而是质量越小的恒星寿命越长呢?因为相对而言,质量更大的恒星群内部的核聚变燃料更多呀,质量小的恒星内部的核聚变燃料会很少,为什么反而是质量越小的恒星的寿命越长呢?


其实我们不妨就生活中的一些现象去联想一下,比如我们要在火上烧开一壶水,我们把火开到最大级别,那么这壶水很快就能被烧开,而如果我们把火焰调到最小,那么水被烧开的时间相对就会很长。同样的道理,质量越大的恒星其内部的核聚变反应将越剧烈,把质量越小的恒星群内部的核聚变将相对平缓,这就像开大火和小火去烧水一样,质量大的恒星内部参与核聚变的原料非常多,燃烧的也更旺一些,质量小的恒星的内部,参与核聚变的人料就很少,燃烧的也就没那么旺,温度没那么高,能进行的时间也就长了。


下面再从恒星的比例上进一步说明一下,我们以太阳作比较,太阳的直径是140万公里,假设核聚变只在最中间直径40万公里的地方进行,温度能达到恒星的核聚变程度,那么就是说核聚变发生在恒星表面的50万公里一下,而如果是一个直径1000万公里的恒星,那么同样的比例的话,这颗恒星内部将会有直径900万公里的直径都在进行核聚变,所以如果太阳可以燃烧100亿年,那么这颗更大的恒星的燃烧时间当然就会少得多了,虽然这里用体积来比较有点儿不恰当,但是道理基本如此,质量大的恒星的内部温度会更高,也可以理解为内部压力达到一定程度的范围内都在进行核聚变,因此也当然是核聚变进行得越多的地方,燃料消耗的也就越快了,同样能证明质量越大的恒星的主序星阶段就会越短。


恒星质量从小到大可以划分为很多等级,质量最小的红矮星的寿命可能长达几千亿年,橙矮星的寿命次之,像太阳这样的黄矮星寿命在100亿年左右,而一些具有巨大质量的蓝超巨星寿命可能不足1000万年,比如海山二、手枪星等,主序星阶段只有几百万年。


科普大世界


这个宇宙中有无数的恒星,它们大小不一,燃烧的速度也不同,但有一个规律,就是越大质量的恒星,燃烧的越快,寿命就越短;而质量越小的恒星燃烧的越慢,寿命就越长。

我们太阳是个黄矮星,寿命一般在100亿年左右。在宇宙中,黄矮星不多,只占恒星总数的3%左右。而占比较大的是红矮星,约占全部恒星的75%以上,这种恒星而比太阳小,一般只有太阳质量的50%左右,最大不超过80%。

红矮星的寿命在几百亿年到上千亿年之久,比如距离我们最近的一颗恒星比邻星就是红矮星,可学家预测这颗恒星的寿命可达600亿年。这是由于红矮星内部氢元素的核聚变速度缓慢,且内部对流层活跃,可以将外围的氢带入到内核补充不断消耗的物质,内部产生的压力和温度也不足以把氦聚合成更重的元素,因此不会膨胀成红巨星,而是一直把氢耗尽,这样寿命就非常长,甚至有的红矮星能够达到几万亿年的寿命。

这种恒星实际上就可以与宇宙同在。我们的宇宙目前寿命已经138亿年左右,到底还有多少年的寿命科学界尚无定论,但没有那个人认为还有万亿年的。

寿命比较短的是那些大质量恒星,由于其质量越大,中心引力越大,恒星物质收缩力越大,中间的热核聚变就必须越激烈,才能产生更大的能量来维持巨大的引力坍缩压力,保持恒星引力与张力的平衡。

它们的中心热核反应异常激烈,所以消耗的能源就越快。但恒星的核聚变物质毕竟有限,一旦恒星发生核聚变所需要的氢消耗达到30以上时,恒星就会发生老态,核聚变所需要的物资就开始供不应求,恒星本身就不稳定了,生命进入倒计时。

大质量恒星最具有代表性的是大麦哲伦星云中蜘蛛星云中的R136a1特超巨星。

这颗恒星是目前人类发现宇宙中存在已知的最大恒星,其质量约太阳质量的265倍,亮度是太阳的800万倍左右,现在的寿命有130万年,科学家估计,它的最终寿命大概只有300万年。

还有在银河系另一端的“手枪星”,质量约太阳质量的150倍,直径是太阳的2000倍,表面温度约65000度,辐射能量达到太阳的3000万倍。

现在这颗恒星的年龄已经有400万岁,科学家估计其寿命约500万年,还有100万年就要爆发成一个超新星,然后变成一个黑洞。

以上就是时空通讯的回答,欢迎理性讨论点评,多谢关注和支持。原创作品,请尊重作者版权。


时空通讯


恒星因为体积和质量的同,他们的燃料耗尽的时间也有着巨大的差距。

首先,褐矮星算不算恒星?

很多人把褐矮星称为“失败的恒星”,这类星体的质量介于13-80个木星质量之间。处于这个质量区间的星体,其内部的压力和温度不足以使星体产生持续的核聚变。有些类似于人类在点火的时候的那种冒着浓烟,但就是不会“轰”的燃烧起来的状态一样。它们通常因为核聚变的反应有限且不能持续,而只能发出棕褐色的光,因此也称作棕矮星。这类星体的寿命几乎是无限的。因为他们发出的光和热相对于其庞大的身躯来说微不足道。

比棕矮星稍大一点是红矮星,这类星体就可以被称为真正的恒星了。它们的质量通常介于0.08到0.8倍太阳质量之间。这类恒星是目前主序恒星的主体,占比超过八成(不含褐矮星)。它们的寿命非常漫长,短的有数百亿,而长的则可达数万亿年之久,因为这类恒星内部核聚变稳定,中间对流层活跃,因此外部的燃料可以进入内部。从而形成一个超稳定的良性循环。由于宇宙形成至今仅有134亿年,远低于红矮星的主序期,所以,无法知道此类恒星离开主序期后,会如何演变。

比红矮星再大一点,就是黄矮星了。比如太阳,此类恒星的质量区间介于0.8到1.8个太阳质量之间。寿命通常在100-150亿年之间。

最后,比黄矮星在大的,就是蓝矮星了。这类恒星也被称作蓝巨星。质量接近或超过两个太阳质量。但由于他们的个头太大,导致他们的寿命非常短,通常只有数亿年到数百万年之间。比如刚刚跃进蓝矮星行列的天狼星,他的质量相当于2个太阳质量。但寿命只有10亿年。而已知质量最大的蓝矮星R136A1,它的质量是太阳的265倍,但寿命却不超过300万年。

黄矮星内部的燃料全部耗尽以后,会演化成一颗红巨星,红巨星阶段结束后,其核心会演化成白矮星,最后白矮星变成黑矮星而彻底“消失”。目前,还没有发现黑矮星的记录,因为白矮星阶段同样非常漫长,有点白矮星也有数百亿年之久的寿命。

蓝矮星根据质量不同,因此,最终结果也不尽相同。质量介于2-8倍太阳质量的,其演化过程和黄矮星一样.质量介于8-30倍太阳质量的,其最终可能是一颗中子星或者超致密中子星甚至黑洞。并可能发生超新星爆炸。而恒星在超新星爆炸时会“死的连渣都不剩”。大于30倍太阳质量的蓝矮星,其发生超新星爆炸的几率随着质量的增加而增加。正常演化的话,也会形成中子星或者超致密中子星,甚至黑洞。但目前缺少足够的证据证明超新星爆炸和黑洞的关系。

宇宙虽然已经134亿了,但相比于演化的恒星,差距还是非常大的。


游子天涯君莫问


这个问题还真没有想过,因为我无知地认为,只有划过天边的流星才会坠落,而那些闪亮的恒星会永远挂在天幕之上,供地球上天真的孩子们,浪漫的情侣和痛苦的失眠者数星星。

看了几位科学达人无比专业的回答,才知道原来恒星也是有生命的,终有死亡的一天。但要燃烧多久能量才会耗尽,真的不好说,大部分科学家也是推算或预测,并没有标准答案。这就好像那些以小时计算生命,朝生暮死的蜉蝣,要预测我人类的寿命一样而不可知。生命短暂,如白驹过隙,无论天长地久还是海枯石烂,我们只管做好自己,活在当下,快乐每一天就好。








乌龙绞柱


是的!恒星的燃料总有耗尽的一天,如太阳是一个主要由氢气,氦气组成的大火球。那么烧完需花多长时间呢?

这要看这颗恒星的质量有多大,一颗恒星在燃烧氢的主序星阶段,一般要占其一生寿命中90%~95%的时间,在这漫长的“中年期”之后,演化就会使其极为迅速地走向“死亡”,成为一颗超新星、白矮星或其他的演化残留物。

恒星发光的根本原因是它们的内核正在发生核聚变。即使是质量最低的M级恒星,也包含了相当于25000个地球质量的物质。这些物质在气体云阶段时,会在自身引力的作用下收缩,逐渐形成原恒星,它们内核的密度和温度会极大地升高,最终引发能够自我维持的核聚变反应。

恒星从“中年期”到“死亡”之前的后一阶段,所占的时间大约相当于中年期的10%。类似于银河系中心手枪星那样的大质量O型星,只能存在500万年左右,就会以黑洞的形成结束其一生。

像天狼星(大犬α)那样的A型星,大约能维持5亿年。

一颗类似于老人星(船底座α)的F型星,可以延续20亿年左右。

像我们太阳一类的G型星可生存120亿年,而像毕宿五(金牛α)那样的K型星则可长达200亿年左右。

大质量的M型星,例如参宿四(猎户α)等,只有5000万年的短命;而小质量的M型星,例如沃尔夫359星则可以长存1000亿~2000亿年之久。

至于GL229B那样的褐矮星,其质量已小至恒星质量的下限,它只能在低温下节俭地燃烧自身的燃料,但却可以活到5000亿岁的高寿。


21户小山村


正如题主所言,恒星一直在燃烧,总有耗尽燃料的那一天,而这一天什么时候到来则取决于恒星的质量有多大。

我们平时所说的燃烧一般是指某种燃料在氧化剂的作用下发生氧化还原反应,并放出光和热,例如,木材在空气中燃烧,在这种情况下,木材作为燃料,空气中的氧气作为氧化剂。然而,恒星的燃烧不同于氧化还原反应,它们的能量来源是核聚变反应,即较轻的元素聚变为较重的元素,反应过程中减少的质量会转变为能量。

核聚变反应只能发生在恒星的核心部分,因为只有那里才有适合核聚变反应的温度和压力。这种高温高压环境来自于恒星自身的引力坍缩作用,质量越大的恒星,引力坍缩作用越强,内部温度和压力就越高,所以核聚变反应更容易发生,核聚变反应速率也就越快。因此,虽然恒星质量越大,可用的核聚变燃料越多,但由于消耗速率越快,所以寿命其实更短。

根据恒星的质量-光度关系,恒星的光度L,即恒星的辐射功率与质量M的α次方成正比:

即L∝M^α,其中α>1,并且α值与M有关。

而根据质能方程E=Mc^2,恒星在一生所能产生的能量E与质量M成正比,即E∝M。显然,恒星的寿命T等于总能量E除以辐射功率L,即T=E/L∝M^(1-α)。由于α>1,所以恒星的寿命与质量呈负相关,即质量越大,寿命越短。对于质量在太阳数十倍以上的恒星,它们的寿命只有短短数百万年至数千万年;对于太阳这样的黄矮星,它们的寿命可达100亿年;而对于质量极小的红矮星,它们的寿命至少有上千亿年。


分享到:


相關文章: