從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

前言

太陽是萬物之母,沒有太陽的話,地球上的生命體或許早就滅絕了。太陽通過熱核聚變的方式,釋放出光能和熱能,而這些能量到達地球后,滋養地球,給我們帶來了光和熱,

那麼太陽是如何誕生的?它又會經歷什麼樣的未來呢,這個文章將會你解析這個問題!

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

太陽

我們知道氫是元素的鼻祖,最早出現的元素,而氫又分為氫1(氕)、重氫2(氘)以及超重氫3(氚),實際上,在宇宙早期的時候,溫度高達萬億億億億億億攝氏度,在這種溫度下,原子幾乎是不存在的。那麼,元素是如何進行下一步演化的呢?

原初核合成

在大爆炸後的10秒鐘,宇宙空間中漂浮著最簡單的原子核,它就是氕原子核,由一顆質子所組成,在早期的宇宙中,如果兩顆氕原子核相互碰撞的話,因為性質相同,就會相互的彈開。不過在高溫和高壓的影響下,氕原子核在碰撞無數次後,開始在弱相互的作用力下發生衰變,這種衰變科學家將之稱為“β衰變”,在衰變的過程中,兩顆質子相互的碰撞,其中一顆質子在碰撞中釋放出強大的能量,這些能量由中微子和光子組成,衰變最終的結果就是質子成功的變化為一顆中子。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

氕氘氚的對比

在高溫和高壓的作用下,強相互作用力繼續將中子和質子結合,形成了重氫核(氘),緊接著氘核再次的與氕核結合形成了超重氫核(氚)。經過一系列的反應,最終氘核與氚核在強相互作用下形成了早期的氦原子核,並釋放出巨大的能量。而這個過程發生的時間僅僅只有10分鐘,由於這一時期宇宙的溫度高達幾十億攝氏度,原子核無法捕獲電子形成原子,這一過程,我們稱為“原初核合成”。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

原初核合成

第一顆恆星

在大爆炸後的30萬年後,宇宙在暴漲作用下,溫度快速的降低,帶正電的原子核和帶負電的電子在電磁相互作用下結合,形成最早時期的氫原子和氦原子,緊接著宇宙中遍佈大量由氫和氦組成的氣體雲團,而這些氫氣雲在引力的作用下,不斷的開始凝聚,繼而中心的溫度和壓力越來越高。

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恆星的誕生

大爆炸後的1000萬年,在引力的壓縮下,氣體雲團的平衡開始被打破,物質開始朝著中心靠攏,溫度越來越高,壓力也越來越大,當中心的溫度高達1500萬攝氏度以上的時候,氫原子相互之間發生碰撞,氫的同位素氘和氚在碰撞的過程中,兩顆原子結合為更重的原子氦,在這個過程中,中子和電子被釋放的同時伴隨著一股巨大的能量向外擴散,宇宙中的第一顆恆星誕生了,幾乎所有的恆星都是依靠這種方式誕生的。

恆星與引力的戰鬥

在宇宙中,質量越大的天體,其引力就越強,反觀它承受引力的壓縮也就越強,我們的太陽也是如此,不過太陽通過釋放巨大的能量來和引力相互的抗衡下去,這個過程將會持續幾十億年的時間。太陽表面的溫度約6000攝氏度,但是其核心的溫度高達1500萬攝氏度,因此核聚變會不斷的進行下去,由氫轉換為氦,在由氦轉化為碳、氧最終直到鐵的時候,核聚變就會停止。

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恆星結構

很多人都以為鐵不會產生聚變,這個認知是錯誤的,通常的核聚變是釋放能量,但是鐵的聚變是吸收能量,因為鐵原子是最穩定的元素,通常想要使鐵發生聚變需要吸收強大的能量,而太陽沒有這個能力,因此大量的鐵就會在恆星的體內堆積。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

紅巨星結構

越來越多的鐵開始朝著恆星中心靠攏,太陽最終會進入加速膨脹的狀態,這種狀態會使它從黃矮星階段轉化為“

紅巨星”階段,這個過程中,太陽的體積將會膨脹100倍左右,到那時它的軌道甚至有可能會將地球吞噬掉,所以未來的人類得想辦法離開太陽系!

不同恆星的結局

隨著越來越多的氫被燃燒完,太陽釋放的能量在和引力的拉鋸戰中開始產生變化,引力開始佔據上風,隨後所有的力量開始壓縮星核,由於太陽本身的質量非常的小,最終它的內核會被壓縮成一顆密度極高的內核,我們將之稱為白矮星,隨著太陽朝著白矮星方向演化,它表面的雲層在太陽風和離心力的作用下,開始逐漸的遠離太陽,形成今天的行星狀星雲,在變為白矮星後,太陽依舊能夠繼續燃燒,直到它熄滅為止。太陽的結果是美好的,不過有些恆星的結局會非常的慘。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

行星狀星雲

在宇宙中存在著一些質量超大的恆星,我們的太陽一樣,鐵的堆積會使它們的體積急速的膨脹,有的體積能夠超越太陽幾百萬倍,可想而知它們究竟有多大。由於恆星的質量越大,其承受的引力也會越來越大,這樣當所有的力量朝著它的內核壓縮時,它的星核密度會變得無限的大,最終當星核密度達到1.44倍太陽質量的時候,其密度的大小等同於原子核。

恆星外側的引力以每秒7萬公里的速度,不斷的朝著核心壓縮,不過這種力量在到達星核後,會被強力反彈,一股巨大的能量開始往外傾瀉並點燃整顆恆星,這就是超新星爆發,在這個過程中鐵原子會相繼的凝聚為更重的元素,比如你今天手上戴的金戒指、金手鐲,就是那時候所誕生的,超新星爆發過後,其星核會坍縮為一顆中子星,並繼續燃燒。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

超新星爆發

不過還有更可怕的結局,那就是超大質量恆星的內核密度達到無限大的時候,引力還是不斷的朝著中心壓縮,最終當原子核密度的星核也徹底的被壓碎的那一刻,所有的能量會朝著中心的一個點而去,這個點就是黑洞,黑洞在誕生後會急速的吞噬掉周圍的一切。科學家將這種由超大質量恆星直接爆發成為黑洞的現象稱為“超超新星”或“極超新星”。

從原子的起源到毀滅,盤點各類恆星一生中所經歷的不同結局

極超新星或超超新星

總結

現在我們已經知道了太陽的未來以及宇宙中所有的恆星未來,宇宙本身存在的意義是什麼,我們或許無法回答,但是萬物所遵循的生老病死這一定律,即使是龐大的恆星乃至星系,都無法避免這一結局的發生!正因為人類定義了宇宙,同時宇宙也定義了人類,所以我們要時刻保持一顆敬畏宇宙的好奇心。

以上是小弟個人見解,如有不足之處,還請大佬斧正!


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