像太陽這樣的恆星在燃燒完全結束後的殘骸是怎麼樣的?是金屬球嗎?

東海魚小


太陽燃燒結束後會變成一顆碳氧型白矮星,也稱為簡併矮星。而且星河系內97%的恆星終於都會如此。

太陽目前還處於主序星階段,核燃燒還會大約持續50億年。

像太陽這樣的恆星自誕生起,中心就一直進行著氫聚變反應,每4個氫原子核聚變成一個氦原子。持續釋放的巨大核能維持了恆星的內部壓力與與自身引力達成平衡,才使恆星保持穩定,這一階段的恆星就成為主序星。

我們的太陽已在主序星階段燃燒了50億年了,每秒大約會損失430萬噸的質量。當50億年後核心的氫全部聚變為氦後,中心壓力巨減,不再能與自身的引力抗衡,氦核開始引力收縮,溫度、壓力、核心密度隨之升高,氫外殼的氫被點燃,太陽就會迅速膨脹,體積可以達到目前的100萬倍以上,併發出增至現在100倍光亮度的紅光,水星、金星、地球都會被膨脹的太陽吞噬,太陽由一顆主序星變成一顆紅巨星。

太陽進入紅巨星階段後,大約只能持續燃燒2-3億年。

變成紅巨星後的太陽,當中心區收縮到約1億攝氏度時,氦將被點燃,發生氦聚變反應,氦原子聚變產生碳、氧原子。

太陽會進入新一輪的核燃燒階段,另外外殼氫的燃燒速度將大大超越以前核心氫的燃燒速度,大約2-3億年就燃燒光了,同時外層氣體會成為行星狀星雲被拋灑到宇宙中,留下一個小了一大圈,大約地球體積大小的核心,但由於本身質量太輕,引力不足以繼續壓縮核心引發碳元素的核聚變,所以最後太陽燃燒完所有能燃燒的物質後,就會變成一顆碳氧型的白矮星。

只有大於8個太陽質量的恆星,才能在紅巨星階段後,引發超新星爆發形成一顆中子星或黑洞。

所謂超新星爆發,就是由於恆星質量足夠大,能在引力的作用下,持續引發核心區的元素聚變:氫變氦,氦變碳,碳之後,氧燃燒,然後是硅、鎂等,直到恆星中心區域變成一個鐵核時,核聚變反應正式結束。因為鐵是最穩定的元素,不會聚變,因此這時恆星中心不再產生能量,恆星就會因為核心失去支撐發生極速坍縮,發生強烈的核爆炸。

超新星爆發後,恆星中心殘骸質量大於1.44倍小於3.2倍太陽質量,就會成為一顆密度可達每立方厘米10億噸的中心星。如果剩下的殘骸質量大於3.2倍太陽質量,中子簡併力也無法抵抗引力坍縮,這時就會形成一個黑洞。


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答:太陽這樣的恆星,在氫元素燃燒殆盡後,會形成一個主要由碳、氧元素組成的“碳氧核”,成為一顆白矮星。


恆星質量很大程度上決定了恆星的發展方向,可以說恆星演化就是一部化學元素轉化的歷史;恆星在剛形成前,主要元素都是氫元素和氦元素,恆星點燃前質量如果持續增加,內部溫度和壓力會逐漸升高,直到氫元素的核聚變被點燃,然後恆星進入主序星時期。

恆星的質量越高,恆星內部的溫度和壓力也越高,核聚變反應也就越劇烈,這也導致質量越大的恆星,壽命越短,恆星壽命從1000萬年~1000億年不等,我們太陽屬於中等質量恆星,理論壽命大概是110億年,目前已經燃燒了45億年。


當然太陽的燃燒是不需要氧氣的,而是在很小的一個核心區域進行著氫元素的核聚變反應,生成物是氦元素,同時通過質能方程釋放大量的能量,照耀我們地球數十億年。

在主序星時期,恆星內部主要進行著氫元素向氦元素的聚變反應,對於小質量恆星,內部溫度和壓力達不到氦元素聚變的條件,所以小質量恆星演化為白矮星時,內部主要元素是氦。


而我們的太陽,在氫元素消耗殆盡後,會通過氦閃來發生氦元素的聚變,氦元素聚變的主要產物是碳和氧,然後形成一個碳氧核,氦元素在碳氧核的殼層燃燒,直到氦元素消耗殆盡為止;而一部分未燃燒的氫元素和氦元素,會被吹散到宇宙空間中,形成行星狀星雲。

最後留下一個主要由碳元素和氧元素構成的緻密天體,密度高達每立方厘米數十噸,這就是白矮星,然後白矮星會經歷數百億年的時間,冷卻為黑矮星。這就是我們太陽的“墳墓”。


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太陽最後會是一顆白矮星,億萬年後冷卻成為黑矮星

太陽是一顆中低質量的恆星,其能量來源是氫元素的核聚變。現在太陽正處於穩定燃燒的階段,其內部核聚變產生的壓力正好能夠與恆星的引力平衡,使太陽不至於膨脹或坍縮。

紅巨星

但是幾十億年後,當太陽的氫元素消耗大半,剩餘的氫元素核聚變產生的內部壓力不足以抗衡恆星的引力。太陽就會在自身引力的作用下向內收縮,導致壓強和溫度又一次升高,太陽外部區域的氫元素又一次開始聚變。聚變的輻射壓向外推動著太陽的外殼膨脹為一顆紅巨星,同時向內擠壓內部的氦核。

氦核的聚變

內部氦核在輻射壓的擠壓下,溫度不斷升高最終開始氦元素到碳氧元素的聚變。

到氦聚變的後期,恆星的聚變開始變得不穩定,紅巨星外殼最後會因為爆炸而被拋射出去成為不斷擴散的星雲。

白矮星

最後只剩聚變結束的恆星內核,一個密度很大的球體,質量和體積不及之前的恆星,這就是白矮星。由於聚變反應剛剛停止,其溫度依然很高,並散發著白光(所以稱之為白矮星)。

黑矮星

白矮星形成之後,由於其不再進行核聚變反應,也就失去了能量來源,白矮星不斷冷卻,其亮度也不斷黯淡下去。當餘溫散盡,白矮星也就變成了黑矮星(黑色的不可見,通過引力可以發現它)。

從一顆中低質量恆星演化為一顆黑矮星要歷經千億年的時間,宇宙尚沒有如此壽命。所以宇宙中現在最老的恆星還在白矮星階段,還沒有真正的黑矮星。


仰望星空俯瞰世界


與太陽質量相等的恆星,在主序星後期,其核心部位的氫元素會越來越少,而氦元素的比例會逐漸上升,同時核心的溫度和壓力也會逐漸上升,太陽的半徑開始增大。

直到核心溫度達到1億度,便引發了氦聚變,產生氦閃,而外部半徑也達到現在的100倍以上。

在隨後的約5000萬年時間裡,太陽開始處於膨脹與收縮的循環之中,中心溫度持續上升,太陽逐漸變成紅巨星。

核心的氦聚變產生了碳和鈹元素,這是最核心的部分,外層是氦元素,再外層是氫元素。

直到發生大爆炸之前,核心還會產生一些氧元素和氖元素,隨後在大爆炸中變為了白矮星。白矮星是依靠電子簡併的壓力抵抗住引力的坍縮,形成了平衡的天體。太陽演化的這類白矮星稱為氖-氧白矮星,到達白矮星階段後,內部將不再繼續演化。

隨後的時間中,白矮星將逐漸散失自身的能量,在漫長的歲月之後,逐漸變冷變暗,最終成為一顆黑矮星。表面溫度接近宇宙空間的溫度,但其質量和大小不會再有變化。

所以,太陽的最終結果並不是一個金屬球,而是外圍呈簡併態的物質,而核心擁有一些氖元素以下元素的高密度的核心的這樣一個天體殘骸。


寒蕭99


行星都是恆星燃燒盡的核!地球也是!


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