爲什麼質量大的恆星會比質量小的恆星壽命短?

定義方程


先不說原因,我們先來比較下壽命:

太陽的壽命,我們知道大約是100億年;

再說我們目前發現的體積最大的恆星:盾牌座UY,它是一個半徑達太陽2000倍的紅巨星(體積大約是太陽50億倍,質量是太陽的12倍)、但是,這個大胖子與太陽相比,那叫死的一個快。科學推測,它的壽命只有區區5-7000萬年左右。

壽命一刀,它就會塌縮為一箇中子星,抑或者黑洞。

另一個壽命正在終結的目前已知第二大的恆星大犬座VY,它是個臃腫的紅超巨星,它正在死去,質量約為太陽的40倍左右。據預測,它將在數十萬年內死亡。

但是,半人馬座比鄰星,直徑為太陽1/7,亮度約為其1/1000,表面只有2000度。但是呢,它卻是恆星界的老壽星,它能“活”700億年但是它的壽命卻達到太陽的7倍,壽命長達700多億年。

根據科學家們的預測,在宇宙中壽命最長的恆星,壽命可以達到1500億年,那時候太陽系都投胎十幾個輪迴了。

話說回正題,為什麼質量越小,壽命反而越長,質量越大越短命呢?

原因有兩個:

一個是質量越大,恆星中心的溫度就越高,壓力就越大,在高溫高壓的條件下,核聚變反應就會更加的劇烈。

這個理解起來很簡單,超高溫高壓意味著高能,哪裡的粒子吸收了更多的能量,就更加的活躍,也就更容易融合,發生核聚變。

另一個原因:

“恆星風”也在影響著恆星的壽命。所謂“恆星風”,就是當一個恆星吃成胖子之後,它就會向太空中拋射大量粒子,體積越大,恆星風越強。因此而造成的“體重”損失,也是非常大的。

所以,胖子死得快,人這樣,恆星同樣如此啊!

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科學重口味


原因就是質量越大的恆星核心溫度越高,壓力越大,核反應速度也就越快,對外輻射的光與能量也就越多,壽命也就越短暫。

恆星主序階段以氫聚合為氦,損失的千分之七質量轉換為能量輻射出去。內核氫消耗乾淨則聚變暫時停止,內核因為失去聚變的輻射壓導致重力佔據上風而開始收縮,溫度壓力隨即變大,氦聚變為碳的反應啟動,聚變更快,溫度能量更高。恆星內核也就形成分層,似洋蔥一樣存在,越到核心聚變反應越高級。

出現鐵56之後,核聚變中止,恆星爆炸,內核收縮為中子星。如內核質量超過太陽3.2倍則無法抵抗重力造成的繼續收縮,形成黑洞,外部物質因反作用力拋出。

所以,恆星的原始質量決定了恆星的必然壽命與結局。

目前,恆星基本屬於第二代與第三代恆星。

第一代恆星生成時,宇宙範圍狹小,物質極為豐富,所以產生的恆星普遍較大,質量大多在太陽質量百倍以上,這樣的超級巨星,核聚變速度極快,一般幾百萬年就難以繼續,紛紛生成黑洞,外層的殘餘物質被拋出才能形成第二代恆星。

而太陽在目前整個宇宙中都不算小,屬於黃矮星。銀河系中,真恆星約2000億顆,其中90%都是小於太陽質量的橙矮星與紅矮星。

紅矮星大約0.08倍至50%太陽質量。壽命理論上可達2000億年。

橙矮星為0.5至0.8太陽質量,壽命約200億年。

紅、橙矮星停止聚變後形成黑矮星。

黃矮星一般為太陽質量0.8至8倍,理論壽命約1億至150億年。停止聚變反應後會先形成白矮星,之後緩慢喪失光度形成黑矮星。

藍巨星一般為太陽質量8至30倍,理論壽命約1000萬至8000萬年。最後形成中子星。

質量在太陽30倍以上的屬特超巨星,壽命一般只幾百萬年甚至更短,結局是黑洞。










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