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做過的事情總會留下痕跡,世間萬物皆是如此。動物死亡會留下屍體,植物死亡會留下枯乾,恆星也一樣,當恆星的主序星階段結束之後,我們通常就認為這個恆星死亡了,如果它的質量足夠大的話,通常在太陽質量的八倍以上,它就會發生超新星爆發,之後形成一顆中子星或者黑洞,而如果小於太陽質量的八倍,通常不會發生超新星爆發,但是中心仍會形成一顆星體,那就是白矮星。
其實無論是白矮星,中子星還是黑洞,它們都可以視作是恆星死亡之後的殘骸,但天文物理學上稱之為恆星主序星階段結束之後形成的天體,那麼為什麼恆星會發生超新星爆發,並且會形成中子星和黑洞呢?還必須得從恆星的執行原理說起。
恆星都是會發光的天體,這是因為他們內部時刻進行著核聚變,最初的時候,恆星的核聚變是氫元素基礎上的氫核聚變,當恆星內部的氫元素消耗得差不多的時候,恆星的核聚變會進行到以氦元素為主的氦核聚變,接著是鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖、鈉、鎂、鋁……總之,這種元素的聚變會在元素週期表上走下去,一直進行到鐵元素時,恆星的核聚變從根本上發生了變化,就是之前的元素的核聚變都是會釋放能量的,但是到鐵元素的時候,不但不會釋放能量,反而會吸收能量,因為鐵元素的聚變極多能量的補充才能進行,所以當恆星開始進行鐵元素聚變的時候,它就已經不再向外釋放能量了,而是開始吸收自身的能量。
這樣由於失去了能量的來源,支撐恆星體積和質量的向外輻射壓就沒有了,而恆星巨大的體積和質量一下子失去了向外的擴張壓,從而開始向內收縮,就好像一座高樓突然坍塌砸向地面一樣,會造成巨大的壓力堆積,要知道紅超巨星和藍超巨星的直徑都是以幾億公里計的,所以會造成巨大的收縮壓,那麼恆星中心的物質就會被外圍巨大的壓力擠到一處,最終就擠成了中子星或者黑洞。
當這一刻發生的時候,恆星的活動非常劇烈,當內部的中子星形成的時候,外圍的物質繼續撞擊到中子星上面,然而中子星已經形成,其餘的物質無法再形成中子星,那麼撞到中子星上的物質就會被中子星反彈出去,這就是中子星的超新星爆發了,中子星的超新星爆發,會形成大片的星雲,在星雲的最中間會有一顆集合了這顆恆星大部分物質的中子星存在那裡,它的密度非常大,每立方厘米的質量在8000萬到20億噸之間。
如果是內部形成黑洞的話,那麼黑洞會繼續吃掉恆星的大部分質量,其爆發反而不如中子星的爆發更為強烈,但是黑洞的物質更為緻密。
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就目前已觀測到的超新星爆炸,均是灰飛煙滅,即該恆星將自己的所有物質都拋向了宇宙而徹底毀滅,沒有在超新星爆炸的位置發現理論上的“黑洞”。
超新星爆炸時會擠壓附近的星雲,是新恆星和新恆星系形成的重要推動力量。恆星根據狀態,可分為:星雲期,主序期,巨星(紅巨星,黃巨星)期,矮星(白矮星,黑矮星)期。主序期的恆星根具其體積和質量的大小可分為:褐矮星(棕矮星),黃矮星,紅矮星,藍矮星(藍巨星)。
以紅矮星之一的太陽為例,目前,太陽正在主序期階段,其核心的核聚變劇烈而穩定。聚變材料充足,足以維持其繼續在主序期五十億年以上的時間,當太陽內部的聚變材料耗盡時,主序期結束,其內部的引力,壓力,溫度等形成的平衡被打破,這時,太陽核心開始塌陷,外圍開始擴張,外圍邊緣可以到達現在的地球軌道之外,最後消散,只留下了一個密度極大的核心:白矮星,此時太陽進入白矮星階段,太陽在白矮星階段時,仍然可以依靠其自身的元素合成繼續發光和釋放能量,這個階段可持續十億年以上。這個階段結束以後,太陽徹底熄滅而進入黑矮星階段。肉眼無法繼續觀測了,也就算是徹底死亡了。太陽這樣的歷程,是宇宙中絕大多數質量小於8倍太陽質量的恆星的最終歸宿。
當恆星的質量介於8--30倍太陽之間時,由於體積和質量更大,因此,其內部的引力,壓力,溫度更高,核聚變也更加劇烈,這類恆星的壽命非常短,往往只有數億年到數千萬年左右。當其內部聚變材料耗光以後,此類恆星也會進入紅巨星(黃巨星)階段,不同於太陽的是,此類恆星的核心塌陷時,巨大的壓力可以把電子直接壓進原子核內,與原子核內的質子中和成中子。整個恆星核心幾乎由純中子組成,因此而被稱作中子星。
而當恆星質量超過30倍太陽質量時,其內部巨大的壓力和六十億℃以上的溫度足以使其核心內的物質處於遊離狀態,其壽命往往只有數百萬年,此類恆星通常不會進入巨星階段而是“暴斃”,即當恆星內部的各種平衡被打破的時候,就突然爆炸,即超新星爆炸,超新星爆炸時會在瞬間釋放才超級巨大的能量,毀滅半徑50光年內的一切,其釋放的巨大能量足以照亮整個銀河系。理論上超新星爆炸爆炸時核心裡的一切都被徹底壓碎而形成一個密度和質量極大的“點”,即所謂的“黑洞”。但,迄今為止,所觀測到的所有的超新星爆炸,均未在爆炸位置發現“黑洞”甚至中子星的存在,即超新星爆炸時,恆星徹底毀滅。原因不得而知。
宇宙之大,無奇不有。人類觀測宇宙的時間還很短,現在很多結果都是靠理論計算出來的,實際情況究竟如何,還需要繼續觀測認證。其最終結果,可能與理論上的計算結果相距甚遠。