行星的晚期演化(初稿)

恒星的光度由于双壳层燃烧产生能 量而增大，使外部包层不断膨胀，因而 恒星又上升为红巨星分支。
燃烧的双壳层会进一步变大因而光 度变得更大，在双壳层燃烧的结束阶段 便形成红超巨星。由于此阶段外壳物质 的大量损失（超星风所致）红超巨星生 存的时间不会太久。红超巨星外层物质 抛射，壳层燃烧物质迅速靠近表面而消 失，从而恒星的演化轨迹在赫罗图上向 左方移动，变为行星状星云。而星云的 中心就是原来的星核，此时它已成为一
大质量恒星的演化
大质量恒星的演化
• 大质量恒星（>8M,M为太阳质量）与小质量恒星演化相差 很大：
1、数量只占恒星总数量的10%左右 2、光度可达到太阳的数千甚至数百万倍。 3、在短时间内消耗巨额核燃料，主序寿命显著缩短
• 不同的演化和归宿仍受相同的物理规律支配，即引力平衡， 以及决定这种平衡的核反应率
颗独立的碳-氧白矮星。
要补充的是，质量小于0.5太阳 质量的恒星，在氢燃烧时补充的氦不 足以使氦核到达上述临界值。
因此，当电子间并的氦核收缩时， 不会发生氦燃烧。这样，质量小于 0.5太阳质量的恒星最终将演化为氦 白矮星，而初始质量在0.5至2.3太阳 质量之间的恒星将演化为碳-氧白矮 星。
中等质量恒星的演化
小质量恒星变为红巨星后，中心氦核区域的电子由于密度增大而发生间并。当中 心间并核的质量达到临界值（约为0.45太阳质量）时，中心温度可达到10⁸K，此时氦
核开始燃烧，发生3α反应3 ⁴H → 12C + 7.27MeV ，氦聚变使核的温度上升，中心区
域发生绝热膨胀。但是在电子间并的情况下，绝热膨胀时压力并不减小，所以核反应 加速进行。这样的氦燃烧是一种爆炸式的燃烧，被称为氦闪。氦闪一般只持续几秒到 几分钟。
中等质量的恒星，
中心的氢燃烧完之后， 也会形成一个氢核，氢 核的外边缘处又一个氢 燃烧的壳层。与小质量 恒星相同，这时恒星也 会离开主星序，向红巨 星分支演化。
与小质量恒星所不 同的是，中等质量的恒 星演化到红巨星的时间 非常短。
恒星在达到红巨星时 中心温度已升到10^8K， 从而氦开始燃烧主要反应 是氦原子核聚变为碳和氧。
2002.7.3 哈勃
一切的一切来源于沉寂，一 切的一切也将归于沉寂，谁 能点燃那一把火，照亮整个 星空？
谢谢观赏
恒星的晚期演化
黑洞
超新星
中子星
星云
主序星
红巨星
白矮星
行星状星云
NGC3132
NGC7293
百度文库
蚂蚁星云
小质量恒星的演化
小质量恒星（质量小于2.3倍太阳质量）
小质量恒星中心区域的氢燃烧完后，将形 成一个氦中心核和氢丰富的外层。此时中心温 度不足以让氦进一步发生聚变，因而可以看做 一个冷的核。氢壳继续燃烧产生氦，氦核质量 继续增大，到一定程度后，由于内部压力不足， 开始引力收缩。收缩使得引力势能转化为热辐 射能，这些能量注入到氢外壳，使外层膨胀、 恒星的半径增大。同时，外层气体的膨胀又造 成恒星表面温度下降，因此恒星离开主星序， 在赫罗图上向右上方移动，演化为亚巨星。 由于外层气体对光子逃逸的阻挡作用，恒星的 表面温度下降到一定程度会停止，而膨胀会继 续。这样，恒星表面积增大而温度几乎不变， 亚巨星就在赫罗图上几乎垂直的上升到红巨星
氦闪产生大量热量，但密度几乎保持不变，因而氦核内电子由间并的变为非间并的。 此时星核膨胀、吸热、光度骤减，在赫罗图上的位置下降，然后进入稳定的氦燃烧阶 段。这时主要反应是3α反应，同时也有一定数量的氧生成，即 12C + ⁴H → 16O + γ ， 此时，星核的周围是氢燃烧的壳层和氦燃烧的核心，这种状态成为水平分支。当中心 的氦耗尽后，中心核变为由碳和氧组成的核。核心外缘有一层氦点火，而点火的外层 还有一层氢燃烧，这种双壳燃烧的阶段成为渐进巨星分支。
由于外壳中
氢和氦的电离区 内会产生一种脉 冲发动机制，这 一阶段演化成赫 罗图轨迹将向左 右来回摆动，中 间穿过被称为造 父脉动带的区域.
此后，由于 碳-氧核质量的 增大并向内收 缩核内电子发
生简并。
中等质量恒星 的最终演化， 可能有两种结 局：
1.演化为一颗 碳-氧白矮星。
2.形成超新星 爆炸。
黑洞
中子星
主序星
⊙
氢耗尽后， 多层热核反应 T:10亿-20亿开
红超巨星
中子星 <3M ⊙ 弥漫星云
⊙+
⊙
黑洞 >3M
铁 核心
T>40亿开铁核裂 变反应大量产生 中子和中微子
压力骤减 迅速塌缩
二型 超新星爆炸
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壮丽的焰火终结了恒星的一生
由灼热的气体构成的，呈现出红色、白色、蓝色，以及绿色 和粉红色的的彩带象国庆日的焰火那样把星空照亮。这幅由美 国国家航空和航天局NASA的哈勃太空望远镜所拍摄的色彩斑斓 的横穿天空的彩带，是由宇宙中最大的爆竹—— 大质量恒星的 钛超新星爆发产生的。爆发时的光线320年前就到达了地球，几 乎比美国建国时的庆典礼花还要早一个世纪。这颗恒星的爆发 遗迹被称作仙后座A，简称Cas A，Cas A是我们所在的银河系中 已知的最年轻的超新星遗迹，位于仙后座中距离我们约104光年 远的地方，因此，这颗超新星实际是在它的光17世纪到达地球 前1万年就已经爆发了。
• 内部温度更高，恒星内不通过CNO循环进行，辐射压对维 持恒星的力学平衡起更大作用
• He核不再简并，C和更重的元素可以平衡燃烧。核心区核 反应所产能量主要对流方式向外传输
A
C1
大质量 恒星
B
C2
超红巨星 A
超新星 B
C1 中子星
黑洞 C2
大质量恒星的演化
大质量恒星的一生
红巨星
超新星
恒星 星云