恒星演化及黑洞是怎样形成的?黑洞就是坍缩的大质量恒星的残骸 。(这是人类第一张黑洞照片,其实整张照片是这样滴 。)
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要讲黑洞怎么形成,就先得讲一下恒星的生命历程 。
1 , 恒星形成:恒星的前身是原始恒星星云,主要由星际中的氢气、少量氦气和尘埃构成,绝大多数是氢气 。原始恒星星云在引力的作用下逐渐靠近、汇聚,形成原始星球 。太阳系里的木星就是这样一颗星球 。由于自身重力作用,星球核心的压强和温度都很高,木星内核温度接近1万摄氏度 。当原始星球的质量达到木星的80倍 , 那么,星球核心的压强和温度就会引发持久的氢核聚变 。氢聚变为氦释放热能,星球就开始发光 , 恒星就形成了 。
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2 , 恒星主序星阶段:这时进行核聚变的氢是位于恒星核心部位的氢 。由于恒星外壳的强大压强,发生在核心的聚变被稳定的约束在核心,而不会发生像核弹那样的爆炸 。恒星内核炽热的氢核聚变产生向外膨胀的热压力,使得恒星向内坍缩停止 , 恒星略微膨胀 。当膨胀的热压力与向内坍缩的自身重力(引力)达到平衡,恒星的温度和体型都稳定下来 , 持久燃烧 , 这叫恒星的主序星阶段 , 占恒星寿命的90%以上 。能观测到的90%的恒星都处于这个阶段 。
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3 , 红巨星或红超巨星:经过几百万年到几年亿年之后(快慢取决于恒星质量 , 质量越大时间越快),恒星内核的氢都聚变为氦了,燃料耗尽,核聚变停止 。恒星开始冷却,热膨胀压力变小,恒星引力占据上风,恒星开始重启坍缩 。由于内部压强和温度再次上升,中间层的氢开始聚变为氦,中间层的氢燃料要比之前恒星核心的氢原料多得多,聚变会很剧烈,温度快速升高,热膨胀压力占据上风 , 恒星快速膨胀为红巨星 。太阳在红巨星阶段直径会超过火星轨道 。由于聚变剧烈,燃烧得快,所以这个阶段只会持续几百万年就会进入下一阶段 。
【黑洞是由什么形成的】
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4,恒星不同的结局:恒星在这个阶段走向分化 。
红矮星:小于0.4倍太阳质量的恒星,恒星的自身引力不足以使氢聚变的产物——氦发生聚变,恒星一直作为红矮星燃烧完自己的燃料,然后慢慢冷却 。但是这个过程很长 , 比宇宙的年龄还长,至今没有观测到红矮星的终结 。《三体》里面的比邻星就是这样一颗红矮星 。
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白矮星:0.4-3.4倍太阳质量的恒星 , 在红巨星最后阶段 , 由于氢聚变产生的氦越来越多,氦核由于自身引力而坍缩,温度和压强最终引发氦聚变 , 产生一系列复杂的聚变和化学反应,太阳的这个过程会持续10亿年 。氦聚变的最后一刻会发生“氦闪”(可参考《流浪地球》的相关科普文章),在一次巨大的爆发中,把恒星外层气体剧烈抛出,剩下一个尺度很小但是非常致密的内核,叫做白矮星 。这个内核由电子简并压支撑住自身的引力,简单地说,就是围绕在原子核外旋转的电子支撑住了恒星自身的体重,使坍缩停止 。高温的白矮星在漫长岁月中会冷却为黑矮星 。
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