恒星演化
恒星的结构及其演化过程
恒星的结构及其演化过程宇宙中的恒星是我们观察到的最常见的天体之一。
它们由气体和尘埃构成，经过数百万年的持续压缩和引力作用而形成。
恒星所发生的各种化学和物理过程塑造了它们的性质和演化，从而使人们对宇宙本身产生了更深刻的了解。
一、恒星的结构恒星的结构与物理性质密不可分，主要有以下四个部分组成。
（一）核心恒星的核心是它最重要的部分，可能占恒星总质量的10%至20%，但它却是恒星的引擎，燃烧氢元素并制造能源。
核心的温度很高，可以达到10亿度，压力也非常高，会使物质变得粘稠。
在核心，氢气通常以热核反应的方式燃烧，产生氦和能量。
这种反应是恒星的“核心聚变”，它提供了恒星的绝大部分能源。
（二）辐射区辐射区是位于恒星核心之外的区域，此区域还是通过辐射将能量从核心传递到恒星表面的区域。
由于在这个区域中存在着大量的光子，因此能量以光的形式传递。
（三）对流区恒星最外层的温度较低，通过对流将能量从恒星内部向上移动，由恒星的气体形成，并沿着恒星的表面向外运动。
这个过程常被称为“对流”。
（四）边界区边界区是指恒星与周围物质所接触的区域。
在边界区，恒星通过吸收周围物质来增加质量。
同时，边界区也是恒星辐射的区域，恒星辐射的边界区是由物质碰撞释放出的光和其他电磁辐射构成的。
二、恒星的演化恒星经历了多个阶段，其演化过程通常是由它们的质量所决定的。
大多数的恒星演化情况如下：（一）聚变阶段在这个阶段，恒星的核心燃烧氢元素，不断地制造氦和能量。
恒星最初的形成阶段通常是它们最亮的时期。
（二）子巨星或巨星阶段在恒星演化的后期，核心燃烧氢元素的能量减弱，星内压力下降，外部大气层也会膨胀，形成一个巨大的气体团。
这就是最终的“巨星阶段”。
（三）白矮星或中子星阶段恒星的演化最终会导致核心的崩塌。
通常情况下，恒星的质量越大，其生命就越短，它们最终会成为一颗白矮星或中子星。
这两种天体都非常稳定，但它们的形态和构造与恒星的核心燃烧阶段截然不同。
在白矮星或中子星的情况下，它们所释放出的能量是非常强大的，在宇宙中扮演着特殊的角色。
第三章 恒星的演化
(3) He闪 (Helium Flash)
H-R图 恒星攀升到红巨星支的顶 点。
内部 过程
核 心 He 开 始 燃 烧 ( Tc～108 K)
→Tc↑（简并→Rc不变）
→ ε↑ → Tc↑→...
→核心He爆燃 (∆t ~ min, L ~ 1011L⊙)
→电子简并解除
(4) 水平支 (Horizontal Branch)
5M⊙恒星的演化
(3) 高质量(M > ~10M⊙)恒星的演化
观测表现 ： O型星→蓝超巨星→黄超巨星→红超巨星→超新星
恒星内部物理过程 ：
核心H枯竭→壳层H燃烧 → 核 心 He 燃 烧 → 核 心 He
枯竭
→壳层He和H燃烧 →核心C燃烧→核心C枯
竭
→壳层C、He和H燃烧 →O, Ne, Si燃烧 … →Fe核
胀，表面温度降
τ ≈ 108 y低r 。
(2) 红巨星支 (Red Giant Branch)
H-R图 恒星向右上方攀升成为 红巨星。
内部 过程
He核进一步收缩Rc↓ → Tc↑，核区电子简并 →壳层H 燃烧 L↑ →R↑→T↓ →恒星包层产生对流
→Hayashi Track
τ ≈ 105 yr
Structure of A Red Giant
tn ＝ E/L ＝η∆Mc2/L
≈ 0.7% 0.1Mc2/L ≈ (1010 yr) (M/M⊙) (L/L⊙)-1
(2) 热时标 (thermal timescale)
恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到 达表面的时间。
tth ＝ (0.5GM2/R)/L ≈ (2×107 yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)−1 (L/L⊙)−1
恒星的演化过程
恒星的演化过程恒星是宇宙中最重要的天体之一，它的演化过程影响着其周围的行星和星际物质。
在它们的漫长寿命中，恒星会经历从云状物到恒星形成，从主序阶段到红巨星阶段的不同演化阶段。
下面是恒星的演化过程的详细介绍。
1. 恒星形成恒星形成是整个演化过程中最关键和复杂的环节。
它的过程可以分为分子云崩塌、原恒星盘和原恒星诞生三个阶段。
首先，在一团巨大的分子云内部，由于引力和压力的作用，分子云逐渐收缩，形成一个小密度的核心。
在这个过程中，核心的温度和密度会不断上升，最终会达到能够在核心内部引发核聚变的条件。
当核心密度达到一定程度时，尘埃和气体就会向中心集中形成一个原恒星盘。
在这个原恒星盘中，恒星原料会聚集在中心，并逐渐形成一个中心高温高压的核心，促进核聚变反应的发生。
最终，这个小小的原恒星核将演化为一个新的恒星。
2. 主序阶段主序阶段是恒星演化过程中最长久的阶段，可以持续几十亿年到上百亿年之久。
在这个阶段中，恒星主要通过核聚变反应产生能量，并向外辐射。
在主序阶段中，恒星的质量、半径、亮度和表面温度等特征会随着时间的推移而发生变化。
较小的恒星会持续发生氢-氦核聚变反应，燃料逐渐消耗，而更大的星体则会迅速用尽燃料，向更高级别的演化阶段过渡。
3. 红巨星阶段当恒星的氢燃料用尽后，核反应就会停止。
在某些情况下，它会向氦闪阶段过渡，然后再转到更高级别的演化阶段。
然而，对于大多数恒星来说，它们会开始释放氦核反应的能量，并向外膨胀。
在这个阶段中，恒星的半径会动态地扩大，使它看起来更亮、更红。
这就是著名的红巨星现象。
在红巨星阶段的末期，恒星的核心会因为冷却而停止氦核反应。
如果恒星的质量足够大，核心会在水平分支演化到达第三次重心，开始释放所有的核反应能量，这期间会在星内产生内爆 Supernova 或黑洞、中子星等极端对象。
如果不够大，则会进入梦幻巨星阶段。
4. 末期演化在恒星演化的末期，其演化路径会受其质量、金属丰度、旋转速度和其他参数等因素的影响。
恒星演化
§2.2 主序星的演化
1. 恒星演化的基本原理
恒星在一生的演化中总是试图处于稳定状态 （流体静力学平衡和热平衡）。当恒星无法产生足 够多的能量时，它们就无法维持热平衡和流体静力 学平衡，于是开始演化。 恒星的一生就是一部和引力斗争的历史！
Russell-Vogt 原理
如果恒星处于流体静力学平衡和热平衡， 而且它的能量来自内部的核反应，它们的结 构和演化就完全唯一地由初始质量和化学丰 度决定。
部分天体的视星等
绝对星等M (absolute magnitude)
天体位于10 pc 距离处的视星等，它实际上反映了天体 的光度。 对同一颗恒星： F10/Fd = (10/d ) -2 M－m =－2.5 log(F10/Fd) = 5－5 log d (pc) 对不同的恒星： M1－M2 =－2.5 log (L1/L2) M－M⊙=－2.5 log (L/L⊙) 其中L⊙= 3.86×1033 ergs-1, M⊙= 4.75m 距离模数 (distance modulus) ：m-M d=10(m-M+5)/5
恒星演化时标
(1) 核时标 (nuclear timescale)
恒星辐射由核心区（约1/10质量）核反应产生的所 有能量的时间。
tn ＝ E/L ＝η△Mc2/L
≈ 0.7% 0.1Mc2/L
≈ (1010 yr) (M/M⊙) (L/L⊙)-1
(2) 热时标 (thermal timescale)
恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星 内部到达表面的时间。 tth ＝ (0.5GM2/R)/L
≈ (2×107yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)-1 (L/L⊙)-1
(3) 动力学时标 (dynamical timescale)
恒星的演化过程是什么
恒星的演化过程是什么恒星的起源和演化，长久以来一直是天文学中最基本、也最令人感兴趣的问题。
小编就和大家分享恒星的演化过程，来欣赏一下吧。
恒星的演化过程(一)恒星的形成恒星形成可分为两个阶段：第一阶段是星云阶段，由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星。
第二阶段是原恒星阶段，由原恒星逐渐发展成为恒星。
一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。
原恒星进一步形成恒星的收缩过程要持续几百万到几千万年。
(二)恒星的演化恒星的演化如同人的一生，经历从青壮年到更年期、老年期的过程。
(1)恒星的“青壮年期”恒星的“青年期”和“壮年期”是一生中最长的黄金阶段，这时的恒星称为主序星。
人们迄今所知的恒星约有90%都属主序星。
在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间。
核燃烧使恒星内部物质产生向外的辐射压力，当辐射压力与引力达到平衡时，恒星的体积和温度就不再明显变化。
(2)恒星的“更年期”恒星的“更年期”出现在恒星核心部分的氢完全转变成氦后，例如有7个太阳质量大小的恒星的“更年期”大约在形成的2600万年后出现。
这一阶段恒星核心经历这些不同的核聚变反应，恒星也经历多次收缩膨胀，其光度也发生周期性的变化。
最后产生巨大辐射压力，自恒星内部往外传递，并将恒星的外层物质迅速推向外围空间，形成红巨星、红超巨星。
(3)恒星的“老年期”恒星的“老年期”是从一颗恒星变成红巨星开始进入这一阶段的。
由于恒星的体积急剧增大，导致恒星的表面温度下降，因而颜色变红。
同时，恒星发光表面的面积剧增，致使整个恒星发出的光大大增强，从而大为增亮。
这种又红又亮的恒星就是红巨星。
(三)恒星的归宿恒星内部的热核反应是不会永远进行下去的，当恒星的核燃料耗尽时恒星也走到了它的尽头。
由于恒星自身物质之间的巨大引力始终存在，随着恒星内部热核反应的停止，尽管恒星外层部分会出现膨胀、爆发等复杂的变动，核心部分却必定在引力作用下发生急剧的收缩、即所谓引力坍缩。
恒星的构成和演化
恒星的构成和演化恒星是宇宙中闪耀的光源，它们以不同的亮度和颜色呈现出多样性。
本文将探讨恒星的构成和演化过程，帮助读者更好地理解宇宙中恒星的奥秘。
1. 恒星的构成恒星主要由气体和尘埃组成，其核心由氢和少量的氦构成。
恒星内部的高密度和高温度使得核聚变反应发生，将氢核融合成氦核，同时释放出巨大的能量。
这一过程被称为恒星的主序阶段，也是恒星的主要能源来源。
除了氢和氦，恒星还包含了其他元素，如碳、氧、氮等。
这些元素是在恒星内部的核聚变过程中产生的，被释放到宇宙中后，为新的恒星形成提供了丰富的物质基础。
2. 恒星的演化恒星的演化过程主要分为以下几个阶段：(1) 分子云的坍缩：恒星的形成始于巨大的分子云坍缩。
当分子云中的气体聚集到一定密度时，引力作用使其坍缩形成旋转的原恒星。
(2) 原恒星的主序阶段：在原恒星的核心温度达到数百万度时，核聚变开始，恒星进入主序阶段。
在这个阶段，恒星的核心温度和压力能够抵抗引力坍缩的压力，使恒星保持稳定的状态。
(3) 资源耗尽的红巨星：当恒星的氢燃料耗尽时，恒星内部的核聚变反应将减弱甚至停止。
恒星的核心会因引力压缩而变得更加致密，外层气体膨胀形成红巨星。
在这个阶段，恒星的体积会急剧扩大，温度下降。
(4) 超新星爆发：对于较大的恒星来说，红巨星阶段并不是终点。
当恒星的核心内部压力无法抵抗引力压缩时，核心会崩塌，形成超新星爆发。
超新星爆发释放出的能量相当于恒星整个寿命中的能量总和，同时将元素喷射到宇宙空间。
(5) 恒星残骸：超新星爆发会留下恒星的残骸，例如中子星或黑洞。
这些残骸是极端而充满活力的天体，对于研究宇宙的演化过程具有重要的意义。
3. 恒星的多样性恒星在质量、亮度和颜色等方面存在广泛的多样性。
质量较小的恒星，也称为红矮星，具有较低的表面温度和亮度。
质量较大的恒星，如超巨星，拥有巨大的亮度和高表面温度。
恒星的颜色与其表面温度有关。
较低温度的恒星呈现红色或橙色，而较高温度的恒星则呈现蓝色或白色。
恒星的演变
(4) 水平支 (horizontal branch) H-R图：恒星向左下方移动至 水平支 内部过程： 核心He （壳层H）燃烧 →Rc↑ →Tc↓ →R↓ →T↑
(5) 渐进巨星支 (asymptotic giant branch) H-R图：恒星向右上方再次 攀升成为红超巨星 内部过程： 核心He枯竭（CO核） →R c↓ →Tc↑ →壳层He和H燃烧 →L↑ R↑ T↓
A Massive Star at The End of Its Life
核坍缩与超新星爆发
核心核反应停止 R c↓Tc↑ Fe核光致离解 4He光致离解 e- + p → n + νe 能量损失→ Pe↓ R c↓→Tc↑ 星核坍缩 当ρc =ρnu，核坍缩停止 →激波反弹 →壳层抛射 →II型超新星爆发 →中子星
产物：
膨胀气壳（超新星遗迹）+ 致 密天体（中子星或黑洞）
SN 1998aq in the galaxy NGC 3982
历史超新星
爆发时间 (AD) 光度极大星等 185 ? -8 393 -1 837 ? 1006 1054 1181 1572 1604 1680 1987 -8 ? -10 -5 -1 -4 -3 5? +2.9 发现者 中国天文学家 中国天文学家 中国天文学家 中/阿天文学家 中/日天文学家 中/日天文学家 Tycho Brahe Kepler John lamsteed Ian Shelton 遗迹 RCW 86 IC 443 SN 1006 Crab Nebula 3C 58 Tycho Kepler Cas A SN 1987A
第三章 恒星的演化
§3.1 主序星的演化 §3.2 恒星主序后的演化 §3.3 恒星演化的观测证据
恒星的演化
恒星的演化§主序星的演化1、恒星演化的基本原理：恒星在一生的演化中总是试图处于稳定状态（流体静力学平衡和热平衡）。
当恒星无法产生足够多的能量时，它们就无法维持热平衡和流体静力学平衡，于是开始演化。
引力在其中起了关键的作用。
恒星从星云中诞生，这个结果是引力造成的，因为引力使得星云中的物质聚集成了恒星。
但是另一方面，引力会使得它在体积上不断收缩，为了使得引力作用在某种程度上达到平衡，恒星需要在内部产生能量，产生能量的目的是为了抗衡引力，否则它会持续收缩。
在达到平衡的过程里，恒星要付出代价，恒星要不断消耗自身物质，产生新的元素，元素在转化的过程中能量释放出来，内部结构也会发生变化，最终有一天恒星没有任何能源可以供给，它的生命就结束了。
所以说恒星的一生是一部与引力斗争的历史。
2、Russel-Vogt原理如果恒星处于流体静力学平衡和热平衡，而且它的能量来自内部的核反应，它们的结构和演化就会完全唯一地由初始质量和化学丰度决定。
这个原理在实际上可能不是非常符合，因为恒星的质量会不可避免地发生变化，但是初始质量和化学丰度仍然是决定恒星结构和演化的重要因素。
这里我们主要谈质量的影响。
3、恒星演化时标核时标（Nuclear Timescale）：恒星内部通过核心区（约占恒星质量的十分之一）核反应的产能时间。
比如太阳，它并不是把所有的质量都烧光了，它其实只有0.1倍太阳质量作为可用的燃料。
我们有下面的结果：t n=EL=ηΔMc2L≈0.7%0.1Mc2L≈(1010yr)(MM⊙)LL⊙E是它总的能量，L是光度，也就是它能量消耗的速率，E可以写成ΔMc2，，其中ΔM是恒星核心区的质量，并不是恒星的总质量，η是能量转换的效率。
上式是以太阳质量和太阳光度作为单位的。
一旦恒星的核燃料烧光了，它会快速地变化，进入新的平衡状态，新的平衡状态转变的时标比核反应时标要快得多。
热时标（Thermal Timescale）：恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到达表面的时间，是指恒星把自身能量或热量全部辐射光了。
恒星的结构与演化
恒星的结构与演化
恒星是宇宙中最基本的天体，它由氢、氦等元素的气体组成，也
有重元素的存在。
恒星的结构与演化是指恒星在其生命周期中所经历
的各个阶段。
恒星的结构主要由核心、辐射区和对流区组成。
核心是恒星的中
心部分，其中的高温和高密度条件下发生核聚变反应，将氢核融合成
氦核，并释放出巨大的能量。
辐射区是从核心向外层传输能量的区域，通过光子传导的方式将能量传递给上层的对流区。
对流区是一个具有
循环运动的气流区域，能够将能量从辐射区传递到恒星的外层。
恒星的演化通常分为主序星、红巨星和白矮星等阶段。
主序星是
恒星在其生命周期的大部分时间都处于的阶段，它能够通过核聚变反
应维持自己的稳定状态。
当主序星的核心的氢燃料消耗殆尽时，它会
逐渐膨胀成红巨星。
红巨星的体积比主序星大得多，温度相对较低，
但是能量释放更为剧烈。
红巨星的外层大气层会逐渐膨胀，形成一个
气体外壳，最终会将外层的气体释放到太空中。
当红巨星的外层气体被释放后，剩下的核心会逐渐收缩成一个小
而密集的天体，这被称为白矮星。
白矮星的体积非常小，但是质量很大。
由于没有核反应提供能量支持，白矮星的温度会逐渐降低，最终
它会变得非常冷，成为一个黑矮星。
总之，恒星的结构与演化是一个由核聚变反应驱动的过程。
恒星
从形成到寿终，经历了主序星、红巨星和白矮星等不同的阶段。
这个
过程是宇宙中恒星演化的基础，也为我们理解宇宙的起源和演化提供
了重要的线索。
恒星的形成和演化过程
恒星的形成和演化过程恒星是宇宙中最基本的天体之一，它们以其独特的形成和演化过程而引人入胜。
在这篇文章中，我将详细介绍恒星的形成和演化过程。
一、恒星的形成恒星的形成始于分子云中的凝聚过程。
首先，分子云中的原始物质由于引力的作用而逐渐聚集在一起，形成了一个密集的气团。
随着气团的聚集，其内部的温度和压力开始上升，使得气体发生了核聚变反应。
核聚变是恒星形成的关键过程，它发生在高温和高密度的环境中。
在氢气的核心中，质子发生聚变，产生了一个叫做氦的新元素，并释放出大量的能量。
这个能量产生了一种维持恒星稳定的力量，使得恒星能够保持自身的形态。
二、恒星的演化过程1. 主序星阶段恒星的演化通常从主序星阶段开始。
在主序星阶段，恒星处于平衡状态，同时进行着核聚变反应。
恒星以核聚变释放的能量抵消了引力的作用，维持着稳定的形态。
主序星的演化速度取决于其初始质量。
质量较小的主序星会持续稳定地发光和产生能量，直到耗尽核心的氢燃料。
而质量较大的主序星则会更快地耗尽氢燃料，并迅速进入下一个演化阶段。
2. 红巨星和超巨星阶段当主序星耗尽了核心的氢燃料时，核聚变反应会停止。
恒星的核心会收缩，而外层的气体会膨胀。
这个过程使得恒星变得巨大而明亮，形成了红巨星或超巨星。
红巨星或超巨星的外层大气层含有一些重元素，这些元素在恒星的演化过程中产生并流向恒星的表面。
这使得红巨星或超巨星的表面温度降低，呈现出红色的光谱。
3. 恒星的末期演化红巨星或超巨星的演化最终会导致两种可能的结果：超新星爆发或白矮星形成。
当质量较大的恒星耗尽了核心的所有燃料时，它会发生一次剧烈的超新星爆发。
超新星爆发释放出巨大的能量，并产生了新的重元素。
爆发结束后，残余物质会形成中子星或黑洞，而恒星则永远地消失了。
另一方面，质量较小的恒星会进入白矮星阶段。
在这个阶段，恒星的外层气体会逐渐脱落，形成一个高密度的核心。
白矮星将永远保持这个状态，不再进行核聚变反应。
结论恒星的形成和演化过程是一个复杂而壮观的过程。
恒星的演化
恒星的演化从人类文明伊始，璀璨的星空便是一个永恒的话题。
从各国美丽的神话传说到天文学，从浑天仪到哈勃望远镜。
在观测星空的过程中，古人发现有一种天体每天观测的位置几乎不变，便把这种天体称做“恒星”。
直到伽利略发明望远镜之后，人们才对这种天体进行了细致的观察，发现“恒星”并不“恒”，它们还是按照一定的规律在运行。
随着科技的发展，人们对恒星的观测也越来越系统和全面，发现它们的一生也如同人类一样，分为幼年期，壮年期和老年期和死亡。
现在，就让我们一起来了解一下恒星的演化过程。
一、恒星的诞生（新生与婴儿期）在天文学里，两个天体之间的距离动辄几百几千光年。
这些天体间的空间并不是一片虚无，而是弥漫着极其稀薄的物质，主要由气体和尘埃构成，我们称之为星际物质。
星际物质在空间的分布并不是均匀的，在聚集密集的区域，就形成了一种由气体和尘埃结合成的云雾状天体——星云，它们就是孕育恒星的摇篮。
当星云的密度超过一定的限度，尘埃和气体在万有引力的作用下相互挤压形成强大的旋窝。
经过数十万年的时间，星云的密度不断增长，旋窝的直径也不断扩大有的甚至超过了太阳系的直径。
而位于中心体的气体在重力的不断挤压下形成了具有超高密度和温度的球体，随着压力的不断增大，巨大的气柱从中心喷射出来，这行气柱的直径长达几光年，其核心部分便是一颗新生的准恒星。
引力持续作用，更多的气体和灰尘颗粒被不断吸入气柱并产生越来越多的热量，在接下来的50万年的时间里年轻的恒星将逐渐变小，并且变的更亮更热，气体与尘埃通过相互作用形成更加清晰的球体，一颗恒星就这样诞生了。
二、主序带恒星的演化（青年与壮年期）当婴儿般的原恒星形成之后，它在自身引力作用下继续收缩，内部反应加剧，中心温度增加，开始闪烁发光，这时的恒星就像一个正在成长的儿童，温度、外形包括质量都处在不断地变化之中，直到恒星内部压强增大到能够阻止塌缩，质量也不再增加，这时的恒星就处在青年时期——主序前星期。
主序前星内部温度只有约3000－5000K，在引力能的作用下，主序前星一方面向外辐射能量，另一方面内部温度不断升高，当达到约1000万K左右时，氢核热核聚变反应开始发生。
天体物理学：恒星的结构与演化
天体物理学：恒星的结构与演化恒星是宇宙中最为常见的天体之一，其研究不仅对于理解宇宙的演化过程和探索宇宙的奥秘具有重要意义，而且对于太阳系中行星、卫星的形成以及地球上生命的产生也有着深远的影响。
本文将介绍恒星的结构与演化过程，以及相关的研究进展。
一、恒星的结构恒星是由气体组成的，其内部存在着巨大的温度和压力。
恒星的结构可以分为核心、辐射层和对流层三个部分。
1. 核心恒星的核心是由极高温和高密度的物质组成的，核心是恒星能量产生的主要地区。
核心的温度和压力足以使氢原子核发生核融合反应，将氢转化为氦。
这个过程产生了巨大的能量，即恒星内的核聚变反应，是恒星维持亮度和稳定状态的源泉。
2. 辐射层核心外部是辐射层，主要由气体和辐射能量组成。
在辐射层，能量通过辐射的方式传输，辐射层的密度和温度逐渐下降。
辐射层的厚度取决于恒星的质量和半径，对于不同的恒星类型而言，辐射层的性质有所不同。
3. 对流层在辐射层的外部是对流层，对流层以循环流动的方式传递热能。
热量在对流层内部通过对流的方式向外传输，形成了类似于水壶内沸腾的流动。
对流层的温度和密度比辐射层要低，恒星的表面就位于对流层顶部。
二、恒星的演化恒星的演化是指从恒星形成到死亡的全过程，可以分为主序阶段、红巨星阶段和超新星阶段等不同的时期。
1. 主序阶段当恒星形成后，它会进入主序阶段。
主序阶段是恒星演化中最长的阶段，恒星通过核聚变反应将氢转化为氦，同时释放出巨大的能量。
主序阶段的持续时间取决于恒星的质量，质量较大的恒星能够维持较长时间的主序阶段。
2. 红巨星阶段当恒星的核心中的氢燃料消耗殆尽时，核心会经历收缩和加热的过程，外层氢开始燃烧，同时核心中的氦开始聚变形成更重的元素。
在这个过程中，恒星会膨胀成为红巨星，体积增大，亮度变大。
3. 超新星阶段当核反应无法维持恒星的平衡时，恒星会发生超新星爆炸，释放出极其巨大的能量。
在超新星爆炸的过程中，恒星会喷发出大量的物质，质量会急剧减少。
恒星的演化资料
一、恒星的诞生 ............................................................................ 一（一）成年期 .......................................................................... 三（二）中年期 .......................................................................... 三（三）衰退期 .......................................................................... 四二、恒星的演化形态.................................................................... 四①低质量恒星 .......................................................................... 四②中等质量恒星 ...................................................................... 五③大质量恒星 .......................................................................... 六④中子星................................................................................... 七⑤黑洞....................................................................................... 八三、演化的原因 ............................................................................ 九四、演化的结果 ........................................................................ 十一五、巨大质量的恒星列表及恒星形成过程示意图（部分）十二 ............................................................................. 错误!未定义书签。
天体物理基础：恒星演化、星系与宇宙学
• 主序阶段：恒星稳定燃烧的阶段，能量主要来源于核聚变 • 红巨星阶段：恒星核心燃烧完毕，外层膨胀形成的巨大恒星 • 白矮星阶段：质量较小的恒星在主序阶段结束后演化的产物 • 中子星阶段：质量较大的恒星在主序阶段结束后可能演化的产物 • 黑洞阶段：恒星质量极大时可能演化的产物，具有极强的引力
CREATE TOGETHER
DOCS
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
宇宙大尺度结构与大爆炸理论
宇宙大尺度结构
• 星系团：宇宙中星系和恒星密集的区域 • 超星系团：由多个星系团组成的巨大结构 • 宇宙长城：宇宙中巨大的星系团和超星系团形成的链状结构
大爆炸理论
• 大爆炸起源：宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸 • 大爆炸过程：宇宙在大爆炸中不断膨胀和冷却，形成现在的宇宙结构 • 大爆炸证据：宇宙微波背景辐射、元素丰度、宇宙尺度结构等证据支持大爆炸理论
04
暗物质与暗能量的探索
暗物质的概念与性质
01
暗物质的概念
• 暗物质：无法直接观测到的物质，只通 过引力作用影响周围物质 • 暗物质粒子：组成暗物质的粒子，尚未 被发现
02
暗物质的性质
• 非发光：暗物质不发出电磁波，无法直 接观测 • 非散射：暗物质与电磁波相互作用弱， 难以通过散射观测 • 强大的引力：暗物质通过引力作用影响 周围物质，影响宇宙结构和演化
恒星内部结构与核反应过程
核反应过程
• 核聚变：轻元素结合成重元素的过程，释放出大量能量 • 核裂变：重元素分裂成轻元素的过程，释放出大量能量 • 核衰变：不稳定核素衰变成稳定核素的过程，释放出少量能量
恒星内部结构
• 核心：恒星能量产生的主要区域，温度和压力极高 • 辐射层：核心外围的区域，能量以辐射的形式传递 • 对流层：辐射层外围的区域，能量以对流的形式传递
简单介绍恒星的演化过程
简单介绍恒星的演化过程恒星并不是一成不变的，随着时间的演化，不断有能量以辐射的形式从恒星表面释放出来，这些能量主要有两个来源：引力势能和核能。
在能量释放过程中，恒星结构将发生改变，其演化性质强烈依赖于恒星初始质量和化学组成。
通过结合物理定律和实验观测结果，一定程度上可以确定恒星的演化规律。
一般而言，恒星的演化可分为三个阶段：主要由恒星引力收缩提供能量的主序前（pre-main sequence）阶段、由恒星核心处的氢到氦的核聚变反应提供能量的主序（main sequence）阶段、以及待恒星核心处的氢消耗殆尽后，由氦、碳或更重元素的燃烧提供能量的主序后（post-main sequence）阶段。
主序一词来源于观测到的恒星光度（luminosity）和有效温度在Hertzsprung-Russell 图上的分布形式，其中大多数恒星位于一条从左上角贯穿到右下角的被称为主序带的带状区域内，这类恒星被称为主序星（main-sequence star），也叫矮星（dwarf）。
位于主序带上方的恒星主要为巨星（giant），在相同的颜色或者说温度下，巨星的尺寸和光度通常比矮星更大。
位于主序带下方的主要为白矮星（white dwarf），白矮星不是主序星，它是中小质量恒星的演化终点，靠电子简并压抵抗重力而稳定存在。
本文将对一般恒星的演化过程进行简要介绍。
主序前阶段恒星的形成始于巨分子云（giant molecular cloud）中的引力不稳定现象，通常由不同分子云或星系间的碰撞、大质量恒星的辐射压、临近的超新星（supernova）爆发、星际介质中膨胀的气泡所引发。
当一个区域内的物质密度高到足以满足Jeans 不稳定性标准时，它开始在自身的引力效应下收缩。
随着收缩过程的进行，分子云的引力势能转化为热能，云内气体的密度和温度不断上升。
当原恒星云（protostellar cloud）接近达到流体静力学平衡的稳定条件时，便会在其核心处形成原恒星（protostar）。
恒星的形成与演化
恒星的形成与演化恒星是宇宙中最基本的组成部分之一，它们是由暗云中的气体和尘埃聚集而成的。
恒星的形成与演化不仅对于人类理解宇宙的本质非常重要，同时也是天文学研究中很重要的一部分。
本文将全面探讨恒星形成与演化的过程。
恒星的形成恒星形成的过程是一个漫长而复杂的过程，一般被认为包括以下几个阶段：1.气体坍缩阶段：恒星形成的第一步是气体和尘埃开始缩小并坍缩，这个过程通常被称为分子云坍缩。
这些云的坍缩可能是由于一些外部原因，如星际爆发，也可能是由于重力把松散云团中的气体和尘埃聚集在一起。
2.原恒星阶段：当分子云坍缩到一定程度时，其中的气体和尘埃变得非常密集，并在核心周围形成了一个叫做原恒星的区域。
在这个区域，原始物质开始被吸积到原恒星中，这个过程会持续数百万年，最终形成一个耀眼的恒星。
3.主序星阶段：当一个恒星形成后，它会进入主序星阶段。
在这个阶段，恒星的核心温度和压力足以支撑核聚变，在这个过程中，氢原子被融合成氦原子，并释放出大量的能量。
恒星会一直处于主序星阶段，直到它的核燃料用尽。
恒星的演化恒星的演化取决于恒星的初始质量，例如，比太阳质量低的恒星可能会花费数十亿年来消耗自己的燃料，并最终变成红矮星。
然而，具有更大质量的恒星则可能会经历许多阶段，包括红巨星和超新星爆炸。
1.红巨星阶段：当一颗恒星消耗完在它的核心中的氢和把它周围的气体“吹”走以后，恒星会进入红巨星阶段。
在这个阶段，恒星的半径会膨胀数十倍，温度会降低，并开始消耗它的氢外层，形成更重的元素。
2.白矮星阶段：当一颗恒星核心的燃料用尽时，核心会塌缩并变成一颗超致密的白矮星。
白矮星通常只有太阳质量的一半，却被压缩成只有地球大小。
白矮星会不断冷却并逐渐失去能量，最终变成一颗黑矮星。
3.超新星阶段：当具有足够质量的恒星耗尽核燃料时，其核心将塌缩而形成一颗极度致密的中子星，或者在一次强烈的超新星爆炸中猛烈地释放出核融合产生的能量，并把大量的物质射出到宇宙中。
恒星的演化轨迹
恒星的演化轨迹恒星是宇宙中最常见的天体之一，它们通过不断转化和演化来维持着宇宙的稳定。
恒星的演化轨迹可以分为几个关键阶段，包括形成、主序阶段、红巨星阶段和末期阶段。
首先，让我们从恒星的形成开始谈起。
恒星的形成通常源于巨大的星云，这些星云中富含气体和尘埃。
当这些星云中的一些区域开始聚集足够的物质时，就会形成原恒星。
原恒星逐渐增长并聚集了大量的气体和尘埃，通过引力塌缩并逐渐形成核心。
接下来是主序阶段，也被称为成熟的恒星阶段。
在这个阶段，恒星通过核聚变反应将氢转化为氦，释放出巨大的能量。
核聚变反应使恒星保持稳定，同时也是恒星维持内部和外部平衡的关键。
这一阶段持续了数十亿年，直到恒星核心的氢耗尽。
一旦恒星的核心耗尽了大部分的氢，它会进入红巨星阶段。
在这个阶段中，恒星的核心开始收缩，但外层的气体膨胀并冷却，形成一个庞大而明亮的红巨星。
红巨星通常比原来的恒星大几倍甚至数百倍，并释放出巨大的能量。
这个阶段通常相对较短，持续几百万年到几十亿年不等。
最后，恒星进入了末期阶段，也被称为恒星演化的最后阶段。
红巨星的末期是由恒星的大小和质量决定的。
一些较小的恒星会形成一个白矮星，这是一个非常稠密的天体，质量相对较小。
而较大的恒星会演化成为更为庞大和质量更大的天体，例如中子星或黑洞。
末期阶段的具体形态取决于恒星的质量和其他因素。
总结起来，恒星的演化轨迹经历了形成、主序阶段、红巨星阶段和末期阶段。
每个阶段对于恒星的质量、温度和能量释放都有着重要影响。
了解恒星的演化轨迹不仅对天文学家而言是非常重要的，也有助于我们更好地理解宇宙的形成和发展。
物理学概念知识：恒星演化和新星
物理学概念知识：恒星演化和新星恒星演化和新星是物理学领域中的重要概念。
恒星是由大量氢气和少量氦气、以及一些其他元素组成的巨大球体。
它们的演化是源源不断的核聚变反应所驱动的。
当恒星耗尽了能量来源时，它们就会变成新星或超新星，这些现象常常伴随着明亮的闪光和令人震惊的爆炸。
恒星的演化过程非常复杂。
它们的寿命取决于它们的质量，质量越大，耗尽能源的时间就越短。
在恒星的内部，重力会将氢原子核压缩成极高的密度和温度，从而引爆核聚变。
这个过程释放的能量让恒星不断发光和散发热量。
恒星中心的温度和密度非常高，因此核反应可以持续数十亿年。
恒星中的氢不断转变成氦，核聚变也不断发生。
但随着恒星的年龄增长，中心的核聚变变得越来越困难，因为被聚变生成的重元素聚集在中心，使得核聚变变得更加困难。
在这个过程中，恒星逐渐膨胀，变成红巨星。
红巨星比它们更年轻、质量相同的恒星更大，因为它们更膨胀且表面温度更低。
在红巨星中，外层的气体凉爽下来，压缩内部的气体，使核聚变变得更加困难。
最终，恒星内部的燃料被耗尽，它逐渐失去能量来源。
在这个过程中，核聚变反应减弱，气体不再扩张，而开始向内坍塌。
当恒星内部崩溃时，极度高温的气体开始散发出大量的光和热，恒星变成了新星。
新星的亮度在数日内可达到数千万倍的太阳亮度。
新星在空间中创造了大量的重元素，包括碳、氮、氧等。
这些重元素可以在星际物质间漂流几百万年，最终被吸收到新的恒星中。
新星的耀眼只持续了一段时间，然后亮度就开始下降。
新星开始逐渐冷却，成为一个平静的白矮星，这个阶段会持续几百亿年。
白矮星由非常紧密的氦和碳原子核组成，它们非常小，密度极高。
这意味着它们非常稳定，但在一些情况下，白矮星仍然会爆炸。
当一个恒星演化到足够高的质量时，它会进入超新星的最后阶段。
超新星爆炸是宇宙中最剧烈的事件之一，释放出数百万倍于太阳能量的巨大能量。
这样的爆炸可以在短短几秒钟内摧毁一个整个太阳系大小的星球。
超新星爆炸释放的能量是如此强大，它们可以产生大量更重的元素，如钠、镁、铁和银等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2) 热时标 (thermal timescale) 恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到 达表面的时间。 tth ＝ (0.5GM2/R)/L ≈ (2×107 yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)−1 (L/L⊙)−1 (3) 动力学时标 (dynamical timescale) 如果恒星的内部压力突然消失，在引力作用下恒 星坍缩的时间。 td ＝ R/V ≈ (R3/GM)1/2 ≈ (27 min) (R/R⊙)3/2(M/M⊙)−1/2
3. 超新星 (Supernovae) 和超新星遗迹 (Supernova Remnants) II/Ib/Ic型超新星—高质量恒星在演化末态发生的 剧烈爆炸。
星系M 51中的SN 1991T
特征：
光度L～107-1010 L⊙， Lf /Li ～ 108 爆发能E～1047-1052 ergs（其 中中微子占99%，动能占 1% ，可见光辐射占0.01%） 膨胀速度v～103-104 kms-1
5M⊙恒星的演化
(3) 高质量(M > ~10M⊙)恒星的演化
观测表现 ： O型星→蓝超巨星→黄超巨星→红超巨星→超新星
恒星内部物理过程 ： 核心H枯竭→壳层H燃烧 → 核 心 He燃 烧 → 核 心 He 枯竭 →壳层He和H燃烧 →核心C燃烧→核心C枯 竭 →壳层C、He和H燃烧 →O, Ne, Si燃烧 … →Fe核
(3) He闪 (Helium Flash)
H-R图 恒星攀升到红巨星支的顶 点。 内部 过程 核心He开始燃烧(Tc～108 K) →Tc↑（简并→Rc不变） → ε↑ → Tc↑→... →核心He爆燃 (Δt ~ min, L ~ 1011L⊙) →电子简并解除
(4) 水平支 (Horizontal Branch)
(2) 红巨星支 (Red Giant Branch)
H-R图 恒星向右上方攀升成为 红巨星。 内部 过程 He核进一步收缩Rc↓ → Tc↑，核区电子简并 →壳层H 燃烧 L↑ →R↑→T↓ →恒星包层产生对流 →Hayashi Track
τ ≈ 105 yr
Structure of A Red Giant
V838 Mon
Van Gogh: Starry Night
第三章 恒星的演化
§3.1 主序星的演化 §3.2 恒星主序后的演化 §3.3 恒星演化的观测证据 §3.4 密近双星的演化
§3.1 主序星的演化
(20.1)
1. 恒星演化的基本原理
恒星在一生的演化中总是试图处于稳定状 态（流体静力学平衡和热平衡）。当恒星无法 产生足够多的能量时，它们就无法维持热平衡 和流体静力学平衡，于是开始演化。
Sequence of Events in a Supernova Explosion
核反应停止，核坍缩 R c↓Tc↑ 外部下落物质激波反弹 →壳层抛射 →II型超新星爆发 Fe核光致离解 4He光致离解 e− + p → n + νe
当ρc = ρnu，中子简并 →核坍缩停止，中子星
电子数目、能量损失 → Pe↓
(4) 特大质量恒星的演化
星风引起的质量损失 高光度恒星通常有很强的星 风～10−6−10−4 M⊙yr−1 如沃尔夫-拉叶(WR)星。 演化过程 O型星→蓝超巨星→（红超巨 星）→WR星→Ib/Ic型超新星 →中子星/黑洞
Nebula M1-67 around star WR124
小结
不同初始质量恒星的演化结局
产物：
膨胀气壳（超新星遗迹）+ 致密天体（中子星或黑洞）
SN 1998aq in the galaxy NGC 3982
历史超新星
爆发时间 (AD) 光度极大星等 185 ? －8 393 －1 837 ? 1006 1054 1181 1572 1604 1680 1987 －8 ? －10 －5 －1 －4 －3 5? +2.9 发现者 中国天文学家 中国天文学家 中国天文学家 中/阿天文学家 中/日天文学家 中/日天文学家 Tycho Brahe Kepler John lamsteed Ian Shelton 遗迹 RCW 86 IC 443 SN 1006 Crab Nebula 3C 58 Tycho Kepler Cas A SN 1987A
不同质量主序星的演化时标
M (M⊙) tn (yr) 30 2×106 15 107 1.0 1010 0.5 6×1010
主序星的内部化学 组成的变化
随着核反应的进行，核 心区的H元素丰度逐渐 减小，直至枯竭，全部 转变成He。
演化路径 (Evolutionary Track)
核反应4 H → 4He →核心区粒子数n↓→Pc↓ → 核心收缩R c↓ → 核心区温度Tc↑，核反应 产能率ε↑ → 光度L↑ → 包层压力P↑ → 恒星半径R↑ 主序带：主序星从核心H 燃烧开始到结束在H-R图 上占据的带状区域
恒星初始质量 (M⊙) M < 0.01 0.01 < M < 0.08 0.08 < M < 0.25 0.25 < M < 8 8 < M < 12 (?) 12 < M < 25 (?) M > 25 (?) 演化结局 行星 褐矮星 He白矮星 CO白矮星 ONeMg白矮星 超新星→中子星 超新星→黑洞、中子 星？
主序星的演化
(1) 零龄主序 (Zero Age Main-Sequence, ZAMS) 刚刚开始核心H燃烧的恒星，在H-R图上占据主序 带的最左侧。 (2) 演化时标 ——核反应 (4 1H→4He + γ) 时标 tn＝ηΔMc2/L ≈(1010 yr) (M/M⊙) (L/L⊙)−1 ≈(1010 yr) (M/M⊙)−2.5 for M > M⊙ or (1010 yr) (M/M⊙)−2 for M < M⊙
Evolutionary Stages of a 25 M⊙ Star
Stage Hydrogen burning Helium burning Carbon burning Neon burning Oxygen burning Silicon burning Core collapse Core bounce Explosion Temperature (K) 4 × 107 2 × 108 6 × 108 1.2 × 109 1.5 × 109 2.7 × 109 5.4 × 109 2.3 × 1010 about 109 Density (g/cm3) 5 700 2 × 105 4 × 106 107 3 × 107 3 × 109 4 × 1014 varies Duration of stage 7 × 106 years 5 × 105years 600 years 1 year 6 months 1 day 1/4 second milliseconds 10 seconds
τ ≈ 10 4 yr
热脉冲 (Thermal Pulses) H-R图：恒星移至渐进巨星 支顶点。 内部过程： 壳层He闪（不稳定燃烧）
→恒星脉动（热脉冲）
→抛射红巨星的包层 （25%-60%恒星质量） →行星状星云 + 高温简并 CO核心
(6) CO核坍缩成白矮星 H-R图：恒星向左方移动。 内部过程： 核心收缩→T↑ 行星状星云向外弥散
§3.2 恒星主序后的演化
(20.1-20.3, 21.2-21.4)
当恒星核心区的氢完全 耗尽，恒星开始脱离主 序。2-20.3) (1) 脱离主序——亚巨星支
(Subgiant Branch) H-R图 恒星逐渐向右脱 离主序。 内部 核心H枯竭， He 过程 核收缩，壳层H 燃烧，体积膨 胀，表面温度降 低 τ ≈ 108 yr 。
R c↓→Tc↑, 星核坍缩
Three Dimensional Simulation of a Core Collapse Supernova
Prior to SN Implosion
Middle of SN Bounce
End of SN Explosion
50 milliseconds
Photos by Michael S. Warren, Los Alamos National Laboratory
演化轨迹与物理过程 1. 恒星向右方移动成为红 （超）巨星。（核心H枯竭→ 壳层H燃烧） 2. 恒星向左方移动。 （核心He平稳燃烧） 3. 恒星向右上方攀升至红超 巨星。（核心He枯竭 →壳层He和H燃烧 ） 4. 恒星向左方移动，然后折 向右下方(?) （红超巨星 →行 星状星云 + 高温简并CO核 CO核坍缩→高温白矮星 白矮星冷却→黑矮星 ）
H-R图：恒星向左下方移动至水平支 内部过程： 核心He （+壳层H）燃烧 →Rc↑→Tc↓→R↓→T↑
τ ≈ 5 ×107 yr
(5) 渐进巨星支 (Asymptotic Giant Branch, AGB) H-R图：恒星向右上方再次 攀升成为红超巨星 内部过程： 核心He枯竭（CO核） →R c↓ →Tc↑ →壳层He和H燃烧 →L↑ R↑ T↓
恒星统计与演化
如果相同质量的恒星的演化过程基本相 同，在H-R图上恒星的不同类型反映它们处 于不同的演化阶段。 如果恒星的诞生率和死亡率一致，在H-R图 上某一类恒星数目的多少就反映了恒星在 该演化阶段所停留时间的长短。
2. 主序星的演化
主序星的性质 均匀的化学组成 核心H燃烧 质量范围: 0.08 M⊙ < M < ~100 M⊙ 质光关系和质量-半径关系 L ~ M 2.5−4, R ~ M 0.5−1
(1) 与低质量恒星演化的主要区别 恒星内部的H燃烧通过CNO循环进行，内部温 度更高，辐射压对维持恒星的力学平衡起更大 的作用，主序寿命更短。Live fast, die young. He核不再是简并的，C和更重元素的燃烧可以 平稳进行。 核心区核反应产生的能量主要以对流的方式向 外传递。