是什么决定了恒星的命运?不同阶段的恒星消耗燃料的速度是多少?( 二 )
上图可以看到,恒星核心一开始从氢到氦,氦开心沉降堆积在核心,等核心氢燃烧完以后,核心开始收缩升温,开始氦到碳的聚变,同时核心外层继续着氢的氦的过程,但核心燃烧氦的速度非常快,等核心再次耗尽氦,又开始碳燃烧,一层一层这样聚变下去,直到核心堆积为铁核,核聚变停止。
一个恒星氦核的形成需要很长时间,即使是最大型的恒星也需要几百万年的时间,而氦到碳燃烧的时间大约是氢燃烧时间的10%。在那些已经开始进行碳燃烧的恒星,从核心的第一次碳聚变到核心的铁堆芯停止核聚变,引发超新星爆发的时间尺度大约是一千年,所以当恒星耗尽核心的氢以后,离死亡已经不远了。
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事实上,类太阳恒星的内核耗尽其中心区域的氢燃料以后(我们的太阳将在50亿到70亿年后耗尽核心燃料)将首先膨胀成一颗亚巨星,在类太阳恒星点燃氦聚变并成为一颗真正的红巨星之前,亚巨星阶段将能保持大约一亿年的时间。但只要成为亚巨星就说明一颗恒星已经永远离开了主序列。
剩下的所有其他的聚变步骤都会相对较快的发生,因为“主序列”之所以被称为“主序列”是有原因的:它是所有恒星一生中最主要的时间。就像一个人的青壮年时期一样,是人一生中最主要的阶段,一旦跨过这个阶段,就会迅速的衰老直至死亡。
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在质量较大的恒星内部,温度决定一切,反应速度特别快,而元素之间的对流发生得很慢,无法将新的燃料快速地运送到核心发生聚变反应。也就是说,即使我们的太阳在数十亿年后核心停止了聚变,但在核心周围还会存在大量的氦元素,因为这些氦元素无法有效的沉降到核心,保持核心的聚变。
一颗恒星的整个核心需要几千亿年的时间才能将新的元素循环进去。
而m级恒星,反应速率较慢,核心的核聚变很温和,这样就能允许更多的新元素沉降到核心供其燃烧,因此这类恒星的寿命特别长,足有万亿年的寿命。
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这就是一颗恒星演化的过程,比我们平时认为的要快得多,只要其核心耗尽氢燃料。一颗恒星就走向了老年阶段。
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