天体物理06b 恒星结构与演化
常用天体物理知识点总结
常用天体物理知识点总结1. 恒星的结构和演化恒星是宇宙中最基本的天体，它们通过核聚变反应产生能量，维持着持续的光和热的输出。
恒星的结构主要由核心、辐射层和对流层组成。
恒星的演化过程通常经历主序星阶段、红巨星阶段和白矮星阶段等。
在这些阶段，恒星的物理特性和行为会发生很大的变化。
2. 行星的形成和演化行星是围绕恒星运转的天体，它们的形成主要来源于原始星云中的物质凝聚和碰撞。
行星的演化过程涉及到行星内部的结构、大气层的形成和演化、地表特征的形成等方面。
3. 星系的形成和演化星系是由大量的恒星、气体、尘埃和黑暗物质构成的天体系统。
研究星系的形成和演化可以揭示宇宙的结构和演化规律。
天文学家通过观测发现，在宇宙中存在着大量的星系，它们的形态多样，包括椭圆星系、螺旋星系、不规则星系等。
4. 宇宙的膨胀和演化宇宙是由大量的星系组成的巨大空间系统，它的演化受到宇宙学原理和宇宙学参数的制约。
宇宙的膨胀和演化是一项重要的天体物理研究课题，通过测量宇宙微波背景辐射、观测遥远的星系和超新星等，科学家已经对宇宙的膨胀和演化有了较为全面的认识。
5. 黑洞和中子星黑洞是一种极其密度巨大的天体，它的引力非常强大，甚至连光都无法逃脱。
黑洞是天体物理领域的研究热点，它们的形成、性质和演化对于理解宇宙的结构和演化具有重要意义。
中子星是一种由中子组成的致密星体，它们由大质量恒星在超新星爆发后留下。
中子星的研究可以为理解物质的极端状态和星际物质的性质提供重要线索。
以上是一些常用的天体物理知识点的总结，天体物理作为一门跨学科的研究领域，涉及到物理学、天文学、化学等多个学科的知识，对于揭示宇宙的奥秘和了解人类的地位和未来都具有非常重要的意义。
希望以上知识点的总结可以为对天体物理感兴趣的读者提供一些参考和启发。
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。
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。
[论文]恒星的形成与演化
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恒星的形成与演化一、恒星的形成恒星是茫茫宇宙中除太阳、月亮和少数行星之外最引人注目的天体．早在上古时代，人们就对恒星充满了好奇与幻想，中外都流行着非常动人的神话传说．然而，直到望远镜出现后，人们才对恒星有了最基本的认识，了解到恒星在天空中并不是恒定不变的．到了2 0世纪初，爱因斯坦发表了著名的质能关系，人们对原子核反应所产生的巨大能量逐步认识，知道了恒星能量的来源，才渐渐认识到恒星本身也有生命周期，它们像人一样会出生、生长、老去直至死亡．然而，恒星的出生在相当长的时间里还是个谜，直到2 0世纪6 0年代，天文学家在星际空间发现了分子气体，以及嵌埋其中的低温原恒星( p r o t o s t a r) ，才对恒星的出生场所及过程有了最初步的了解．经过 4 0年的研究，天文学家对恒星的出生过程有了相当充分的理解，特别对小质量恒星而言更是如此．现在已经很清楚，恒星是在以分子气体为主的星际分子云中生成的，由于分子云自身的引力作用，开始自身的塌缩并形成所谓的年轻星天体( y o u n g s t e l l a r o b j e c t s ) ，这些年轻星天体经过快速演化最终形成恒星．为了对恒星进行分类，天文学家将小于太阳质量3倍的恒星称为小质量星，3 —8倍的称为中等质量星，而大于8倍太阳质量的则称为大质量星．这一分类并不仅仅是表象的不同，事实上它代表了不同类型的恒星形成时不同的物理过程．(一)小质量恒星形成的理论与观测一般认为，恒星是通过分子云核( mo l e c u l a r c o r e )的塌缩而形成的．在银河系内，存在一类由分子气体组成的天体，由于它们呈弥散的云雾状形态，因此被称为分子云( mo l e c u l a r c l o u d )，其总质量约占银河系可视物质质量的1％，其温度很低，大约为1 0 K ．分子云在星际空间缓慢演化，在某些局部形成密度相对较高的区域，被称为分子云核．随着分子云核的进一步演化，其内部的热运动压力不能再抵御自身的引力，便开始了所谓引力塌缩，最终形成恒星．根据研究，从分子云核演化成一颗恒星经过了以下4个阶段：( 1 )云核阶段：分子云核内气体运动压力、磁压、引力及外部压力处于基本平衡状态，云核缓慢收缩，温度开始缓慢上升，形成热分子云核；( 2 )主塌缩阶段：当分子云核的内部压力不能抵抗自身引力时，就开始了塌缩．由于云核中心密度较高，塌缩区域最初位于中心，并以当地声速向外扩张，这就构成“先内后外”的塌缩( i n s i d e—o u t c o 1 ．1 a p s e )．塌缩形成一个致密的核心，巨大的引力能使中心温度迅速升高．由于云核的自转，外部物质不会直接落到核心，而是在核心周围形成一个致密的盘状结构，称为吸积盘( a c c r e t i o n d i s k )；( 3 )主吸积阶段：由于角动量及磁通量守恒原理，最终成为恒星组成部分的物质并不能直接落到中心星上，而是落在吸积盘上，吸积盘通过一系列复杂的过程，将多余的角动量向外传递，使中心星的质量得以继续增加，因此，吸积盘在恒星形成活动中起了至关重要的作用．在此期间，为了释放角动量，系统还通过目前尚不可知的机制向两极方向抛射物质，形成质量外流(outflow)．恒星的大部分质量都是通过吸积获得的，巨大的引力能使中心星的温度急剧上升，从而点燃了星中心区域的氘．( 4 )残余物质驱散阶段：质量外流在这一阶段继续存在，外流与星风的作用使恒星形成的残余物质远离中心星，星周物质以及盘物质变得稀薄，外流的开口张角渐渐变大．中心星仍然从盘中吸积物质但其速率已经很小，中心星的质量不会再有实质性的增长，更多的是准静态收缩．中心星的核心部分这时可能已经开始了氢燃烧，外部出现了对流层．当这一阶段结束时，我们就可以在宇宙空间看见一颗性质不同的恒星，被称为主序星．以上4个阶段为小质量恒星形成理论所预言而在观测上都得到了证实．在观测上，天文学家利用不同波段的观测发现了4类年轻星天体，其能谱特征基本符合上述4个阶段．他们还发现了围绕小质量年轻星天体的吸积盘，以及伴随恒星形成活动的质量外流．质量外流在电磁波的各个波段都有表现，如射电波段的分子外流及喷流，红外波段的喷流，以及光学波段的赫比格一哈罗天体( H e b i g—H a r o o b j e c t )．光学和红外光谱观测还发现了年轻星天体的质量吸积特征，有几项射电波段的观测声称找到了分子云核的塌缩特征，虽然这些观测还需要进一步的证实．总之，虽然在一些细节上还有待证实，小质量星的形成之迷已经为天文学家所揭示，由此发展的小质量星形成理论被认为是正确的．(二)大质量星形成理论与观测大质量星能否像小质量星那样，通过塌缩和吸积而成?这是一个很自然的想法．但在经典的理论模型计算中，如果使用与小质量星相同的模型参数则当年轻星的质量大于太阳的10倍时，它所释放的光子光压足以抵御自身的引力，使得吸积盘中的物质所受的净力方向向外，从而停止吸积过程，中心星的质量不再继续增加．这意味着恒星的最大质量为1 0倍太阳质量，但这与实际情形是明显不符的，因为已经观测到100倍太阳质量的恒星．当然，在不改变基本假设的情况下也有解决这一困难的方法．例如，理论天体物理学家提出，减小星周物质的不透明度，可以使它们所受到的光压减小，理论上，这种假设可以使恒星的最大质量达到太阳质量的40倍．另外，考虑到外流的存在，如果大量光子从年轻星的两极溢出(因为两极的物质相对稀薄)，能有效地释放光压．最新的理论研究表明，如果光子从外流所形成的空腔中逃逸，可以使恒星最大质量达到60倍太阳质量，甚至更大．为解决大质量星的光压使吸积停止这一困难，有人提出了另一种思路，即并合说．这种假说是基于大质量星总是与其他小质量星成团出现的观测事实．并合说主张，在最初阶段，通过分子云核的塌缩，形成一团小质量年轻星天体，这些天体经过一段时间的动力学演化，越来越接近，最后发生碰撞并合并在一起，形成大质量星．这一理论同样存在一些弱点．首先，目前观测到的恒星形成区的年龄一般在10e6至10e7年之间，这意味着，大质量星必须在这段时间内形成，要使小质量星团在如此短的时间里发生碰撞合并，需要非常高的星团密度，计算表明，这一密度必须大于每立方光年10e6. 颗年轻星．然而，目前观测到的最大星团密度约为每立方光年10e3颗，比所需的数值小了3个量级．其次，年轻星发生并合时，能释放巨大的引力能，其光度将会增加几个量级，不亚于一颗超新星的爆发，同时还可能伴随高能的活动现象，如γ射线暴及x射线暴，上述现象在目前为止的观测中未得到证实．至此，理论天体物理学家提供了两种不同的大质量星形成的模式，即吸积说(像小质量星形成一样)与并合说．解决争论的唯一途径是通过观测，但由于目前的观测条件所限，我们不能直接看见发生在大质量星附近的事件，只能通过观测大质量周围的现象推测理论的正确性．回忆小质量星形成的理论，可知吸积学说预言恒星形成时存在双极质量外流以及吸积盘．另一方面，并合说指出，由于年轻星碰撞合并等剧烈的动力学过程，星周盘将在这一过程中被瓦解；并合时可能引发物质的向外喷射，与外流有些相似，但一般不会出现高准直的双极型形态.二、恒星的演化1.引力收缩阶段恒星最初诞生于太空中的星际尘埃，科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”，其主要成分由氢组成，密度极小，但体积和质量巨大。
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。
恒星结构及变化讲解
恒星结构及变化讲解恒星结构是指恒星内部的组成和特征，包括恒星的核心、辐射区和对流区等部分。
恒星的核心是指恒星内部最中心的部分，是恒星的能量源。
恒星的核心主要由氢和少量的氦组成，其中核心温度高达数百万摄氏度，以至于可以让氢发生热核反应而产生能量。
在核心中，热核反应的主要过程是质子-质子链反应，质子经过一系列的反应转变成氦，同时释放出大量的能量。
这些能量会以光和热的形式传递到恒星的辐射区。
辐射区位于恒星的核心外部，它是恒星的能量传输区域。
在辐射区中，能量通过辐射的方式传递。
辐射是指热辐射，也就是恒星内部产生的能量以电磁波的形式传播到辐射区，然后通过辐射传到恒星的外层。
辐射传输的速度很慢，需要几万年才能从核心传递到表面，因此辐射区的温度梯度较大，温度随距离核心的增加而逐渐降低。
对流区位于恒星的辐射区之外，它是恒星的能量传输区域。
在对流区中，能量通过对流的方式传递。
对流是指物质的循环流动，热量通过物质流动的方式从恒星内部传递到表面。
对流速度很快，能够将能量迅速传递到恒星的表面，因此对流区的温度梯度较小，温度随距离核心的增加而相对稳定。
恒星的对流区通常位于恒星的大气层，表现为恒星的明亮表面。
恒星的结构并不是静态的，它会随着恒星时代的变化而有所不同。
例如，在恒星的初生阶段，恒星会不断收缩并逐渐升温，直到核心温度足够高以启动热核反应。
在这一过程中，恒星的结构会不断变化，直到达到一个平衡状态。
此后，恒星会继续以核融合反应为能源，维持一段时间的稳定状态。
然而，恒星的稳定状态并不是永恒的，它会随着核燃料的消耗而改变。
当恒星核心燃料耗尽时，核融合反应会减弱或停止，恒星会进入演化阶段。
在这一阶段，恒星的结构会再次发生变化。
例如，当核心燃料耗尽时，氢的核融合反应会停止，导致核心收缩和加热，进而使外层膨胀形成红巨星。
红巨星的结构中，核心可以经历氦闪和二次红巨星阶段。
最终，恒星可能会经历核坍缩或爆炸事件，如超新星爆发。
这些事件会彻底改变恒星的结构，释放出巨大的能量，并在爆炸后形成新的天体，如中子星或黑洞。
天体物理学：恒星形成与演化的理论模型
天体物理学：恒星形成与演化的理论模型天体物理学是研究宇宙和其中各种天体的科学领域。
在这个广阔的学科中，恒星形成与演化一直是一个备受关注的热点问题。
科学家们通过建立理论模型，试图解释恒星的形成过程以及随时间推移的演化规律。
本文将介绍一些常见的理论模型，并探讨它们对恒星形成与演化的贡献。
1. 过程简述恒星形成的过程通常可以分为三个阶段：分子云的坍缩、原恒星与原恒星团的形成、恒星的演化。
首先，大质量分子云在引力作用下逐渐坍缩，形成致密的云核。
云核内的物质逐渐凝聚并增加密度，最终形成一个原恒星。
接下来，原恒星周围的物质积聚形成原恒星团，其中可能包含多个原恒星。
最后，原恒星开始进行核聚变反应，形成成熟的恒星，并经历各种演化阶段。
2. 平衡模型平衡模型是最早用于解释恒星形成的理论模型之一。
该模型假设恒星形成过程中物质的引力坍缩与辐射压力相互平衡。
在坍缩过程中，物质的引力将导致温度的增加，进而产生辐射压力抵消引力。
通过平衡辐射压力与引力，恒星可以稳定地存在于主序带上。
3. 质量增长模型质量增长模型是近年来提出的一种解释恒星形成的新模型。
与平衡模型不同，质量增长模型假设恒星形成过程中物质不完全从分子云中聚集，并在形成原恒星后继续吸积物质。
这种物质的吸积可以通过原恒星周围盘状结构的存在实现，其中小尺度的固体颗粒逐渐合并形成更大的天体，最终被原恒星吸积。
4. 恒星演化模型恒星演化模型是用于描述恒星随时间演化的理论模型。
根据恒星的初始质量，演化轨迹可以分为不同的类型，如主序星、红巨星和白矮星等。
主要的演化过程包括核聚变反应、质量损失和核燃料耗尽等。
恒星的演化模型可以解释恒星的亮度、表面温度和化学成分等性质的变化。
总结：天体物理学通过建立理论模型，为恒星形成与演化提供了解释。
平衡模型通过平衡物质的引力坍缩和辐射压力，解释了恒星形成的稳定性。
质量增长模型则认为恒星形成过程中存在物质吸积现象，从而提供了一种新的解释。
恒星演化模型则描述了恒星随时间演化的各个阶段。
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
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。
天体物理学书籍简介
天体物理学书籍简介
天体物理学是一门研究天体现象的学科，它涉及到广泛的领域，包括恒星、行星、星系、宇宙学和黑洞等。
以下是几本值得推荐的天体物理学书籍：
1.《天体物理学导论》：作者是美国加州理工学院的天体物理学家，本书是一本入门级别的教材，涵盖了天体物理学的基本原理和现代发展。
2.《宇宙的结构和演化》：作者是英国著名天体物理学家斯蒂芬·霍金，本书讲解了宇宙的起源、结构和演化，是一本非常深入的学术著作。
3.《恒星结构与演化》：作者是美国普林斯顿大学的天体物理学家，本书讲解了恒星的基本结构、能量产生和演化过程，对于研究恒星的读者非常有用。
4.《星系的物理学》：作者是加州大学伯克利分校的天体物理学家，本书讲解了星系的结构、演化和相互作用，对于研究星系的读者非常有用。
5.《黑洞物理学》：作者是德国著名天体物理学家克劳斯·扎恩，本书讲解了黑洞的基本概念、产生和演化过程，是一本非常深入的学术著作。
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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。
恒星的结构和演化
恒星的结构和演化
恒星的结构：
恒星是一个由核心、中央层、外壳和表面等组成的复杂物质系统。
核心是恒星的最内部部分，它包含着恒星有可能产生能量的所有元素，如氢、氦、锂、铬、锶等；中央层是由大量氢原子和少量质子构成，它以较高的温度和压力构成；外壳是由较低温度和压力组成，它以氢为主要组成元素，但也包括一些重元素；表面是恒星的外壳，它受到太阳风和磁场的影响，而且也受到恒星内部的物理过程的影响，包括物理和化学反应以及恒星的旋转和收缩。
恒星的演化：
恒星在其寿命中会经历不同的演化阶段，这些演化阶段是由于内部的物理过程和外部的辐射环境造成的。
恒星一开始是一个由氢和氦元素组成的幼星，当氢原子碰撞时会产生能量，随着温度和压力的升高，氢原子将转化为氦原子，从而形成氦核心。
然后，恒星将开始发光，从而成为一颗成熟的恒星，称为主序恒星。
当恒星的核心中的氦元素耗尽之后，恒星将开始减少质量，最终会形成一颗白矮星或一颗黑洞。
恒星形成与演化的理论模型
恒星形成与演化的理论模型恒星形成与演化一直是天文学中的重要研究领域之一。
通过观测和模拟，科学家们逐渐建立了一套理论模型，解释了恒星的形成过程以及演化轨迹。
本文将介绍恒星形成与演化的理论模型，以及相关的观测和实验证据。
恒星形成的理论模型基于分子云的坍缩和凝聚过程。
分子云是由气体和尘埃组成的巨大云团，其中的引力作用使得云团逐渐收缩，并形成了密度更高的核心。
当核心密度足够高时，温度也会增加，导致核心内部气体的压力增大。
当压力超过了分子云自身的重力时，核心开始坍缩。
这个坍缩过程会使核心内部的气体和尘埃趋于旋转，并形成一个旋转的圆盘结构。
该圆盘结构不断向内收缩，最终形成一个致密的气体球体，即原恒星。
恒星形成的理论模型得到了多种观测和实验证据的支持。
例如，通过望远镜观测到的星际尘埃和气体云团、以及恒星形成区域中的圆盘结构，都与理论模型相吻合。
此外，科学家们还通过对幼年恒星的观测，发现了类似于原恒星形成过程的迹象，进一步验证了该理论模型的可行性。
恒星形成之后，它们会经历演化过程。
演化的轨迹取决于恒星的初始质量。
质量较小的恒星，如太阳，将经历主序星阶段、红巨星阶段和白矮星阶段。
而质量较大的恒星，将经历类似的阶段，但在末期会发生更加剧烈的演化。
在主序星阶段，恒星通过核聚变反应将氢转变为氦，并释放出巨大的能量。
这个阶段持续数十亿年，是恒星最稳定的阶段。
随着核心的氢燃料耗尽，恒星会逐渐膨胀，并形成一个红巨星。
红巨星期间，恒星的外层会逐渐膨胀，并最终形成一个行星状星云。
最后，恒星在耗尽全部核燃料后，会坍缩成为一个密度极高的白矮星。
对于质量较大的恒星，它们的演化过程更加复杂。
当质量超过8倍太阳质量时，恒星在核心耗尽氢燃料后会发生一系列剧烈的核融合反应，形成更重的元素。
该过程被称为核聚变阶段，恒星会先演化成红超巨星，继而发生超新星爆炸。
最后，核心会坍缩成为一个极度致密的中子星或黑洞。
恒星形成与演化的理论模型在解释恒星观测现象中发挥了重要作用。
恒星的演化
恒星的演化恒星是一个不断向宇宙空间辐射巨大能量的自引力炽热气体球。
恒星的主要能量来源是在其核心处发生的热核反应，当星体收缩或坍缩时也会释放一定的能量。
恒星为了维持足够的内部压力来支持自身的巨大引力必须产生能量。
恒星的结构和演化受两种相反的作用所支配：力图使恒星坍缩的引力和企图使恒星膨胀的内部压力。
当引力占优时恒星表现为坍缩，压力占优时则表现为膨胀。
由于恒星在不断辐射能量，最终引力将使恒星坍缩为冷的致密星，如白矮星、中子星甚至黑洞。
引力在恒星演化过程中将起决定性的作用。
1. 恒星演化进程概述恒星的演化是天体物理中最基本的问题之一。
恒星是怎样诞生、生长、衰老和死亡的，这是一个十分复杂的问题，也是非常困难的问题。
目前对恒星演化的进程已经有了相当多的认识，有一张比较清晰的图象。
随着观测和研究的不断深入，恒星演化进程的图象会越来越清晰。
一般认为恒星起源于星际物质。
在引力扰动作用下，星际物质收缩成密度较大的弥漫星云，最后进一步收缩成原始恒星。
原恒星在引力作用下进一步收缩，形成一个密度极大的核心，温度越来越高，最终达到氢的点火温度—氢聚变为氦的热核反应开始了，恒星进入了主序星阶段。
恒星将在主序渡过一生最长的阶段。
当恒星内部10%-20%的氢耗尽后，恒星就离开主序，向红巨星发展。
氢的聚变反应停止后，恒星在引力收缩下，核心将达到氦点火的温度，开始氦的聚变反应。
以后逐步进入碳、氧、硅等燃烧阶段，最后形成洋葱状的结构，中心是最稳定的铁核。
恒星最后的演化过程基本上取决于恒星的质量，当然与其他因素也会有一定关系。
恒星演化的最后阶段可能形成三种产物，即白矮星、中子星或黑洞。
白矮星很早就在天文观测中被发现了，理论上的分析由Chanderasekhar 在1931年完成。
并因此而获得1983年的Nobel物理奖。
中子星的可能则早在20世纪30年代就被物理学家提出来了，但因为中子星的直径只有10公里左右，很难观测到。
一直到1967年才由Hewish及其研究生Bell发现。
恒星的形成和演化
恒星的形成和演化恒星是宇宙中最常见的天体之一，它们以其独特的形成和演化过程吸引了天文学家们的广泛关注。
本文将介绍恒星的形成和演化，以及相关的科学理论和观测证据。
一、恒星形成恒星的形成始于巨大的星际云，这些云由气体和尘埃组成。
这些云层庞大而稳定，但当某些因素引起扰动时，云会开始坍缩。
这个过程由引力主导，云的尘埃和气体开始聚集在一起形成更加密集的核心。
随着坍缩的进行，核心温度逐渐升高，气体压力也增加。
当核心达到足够高的温度和密度时，核聚变反应开始发生。
核聚变是恒星内部的核心反应，将氢聚变为氦，并释放出巨大的能量。
这是恒星形成的关键阶段。
二、恒星的演化1. 主序阶段恒星进入主序阶段后，它们将通过核聚变反应维持自身的稳定状态。
主序阶段的恒星以稳定的核聚变过程将氢转化为氦，并释放出能量。
这一过程持续数十亿年，恒星的亮度和温度取决于其质量。
质量较小的恒星会在主序阶段存在更长的时间。
2. 巨星阶段当恒星核心的氢被逐渐耗尽时，核聚变反应变得不稳定。
这意味着核心无法继续维持恒星的稳定状态，外层的气体开始膨胀。
恒星膨胀并变成红色巨星或超巨星，这是巨星阶段。
在这个阶段，恒星外层的膨胀使其亮度增加，但表面温度降低，呈现红色。
巨星的寿命相对较短，通常只有数百万到数十亿年的时间。
3. 恒星死亡当恒星的核心耗尽了可燃烧的氢和其他核燃料时，它们将进入末期阶段，即死亡阶段。
在这个阶段，恒星的演化取决于其质量。
对于质量较小的恒星，核心坍缩成为一颗致密的白矮星。
白矮星不再进行核聚变，因此逐渐冷却直至灭亡。
对于质量较大的恒星，核心坍缩时会释放出巨大的能量，引发超新星爆炸。
超新星爆炸将恒星外层物质抛射至周围的空间，形成新的星际云。
在某些情况下，超新星爆炸之后的残骸核心会坍缩成为黑洞或中子星，它们标志着恒星的最终演化阶段。
结论恒星的形成和演化是一个充满了奇妙过程的过程。
通过观测和理论建模，天文学家们逐渐揭示了这一宇宙中最重要的天体的奥秘。
恒星的形成与演化
恒星的形成与演化恒星是宇宙中最为璀璨的存在之一，它们的形成和演化过程是宇宙学研究的重要课题之一。
在广阔的宇宙空间中，恒星通过一系列复杂的物理和化学过程形成，并在其演化过程中经历各种阶段，展现了宇宙的壮丽景象。
一、分子云的塌缩：恒星诞生的开始恒星的形成始于分子云的塌缩。
分子云是由气体和尘埃组成的巨大云团，其中包含着丰富的氢、氦以及其他重元素。
当分子云中的某些区域受到外部的扰动或引力作用时，云团内部的气体开始塌缩。
随着气体的塌缩，温度和压力逐渐升高，这使得云团的中心区域形成了一个密度更高、温度更高的核心。
二、原恒星的形成：引力坍缩和核聚变当分子云塌缩到一定程度时，云团内的气体形成了非常高温高密度的球状区域，这就是原恒星的形成阶段。
在这个阶段，原恒星内部的气体受到引力压缩，导致温度和压力进一步增加。
当温度达到约100万摄氏度时，原恒星内部的氢核开始发生核聚变反应，将氢转化为氦，并释放出巨大的能量。
三、主序星的演化：平衡的状态在核聚变反应的过程中，恒星变得非常明亮，释放出大量的能量。
这些能量通过光和热的形式传播到外部空间，使得恒星表面亮度增加。
当恒星内部的氢耗尽时，恒星开始进入主序星阶段的演化。
在主序星阶段，恒星的核聚变反应保持平衡，恒星的表面温度和亮度基本稳定，短时间内不会发生明显的变化。
四、红巨星的演化：燃尽氢和球壳燃烧当恒星核心的氢被完全耗尽时，恒星进入红巨星阶段。
在这个阶段，恒星内部的压力和温度变化导致氦开始发生核聚变反应，形成了一个更加稳定的核心。
在红巨星的外层，氢燃烧产生的热量逐渐扩散到外部区域，使得恒星外层膨胀，表面温度下降，呈现出红色的外观。
五、超新星爆发：恒星终结的壮丽绝唱当红巨星核心内部的氦耗尽时，核心又会因引力而崩溃，进一步产生更高温高密度的环境。
在这个阶段，核心内的碳、氧等重元素开始发生核聚变，释放出更多的能量。
这就是超新星爆发的过程，恒星以极高的能量释放出巨大的光辐射和喷射物质，形成了一个前所未有的光芒。
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。
恒星形成与演化(科普版)
垂直自转轴方向停止收缩，平行方向继续收缩，
星云变得扁平且密度增大，最终星云碎裂。总角动 量被分解为各个碎块的自转和轨道角动量。
2020/1/12
xkong@
20
其它影响恒星形成的因素：
原始星云的磁场
– 原始星云一般具有微弱的磁场。 随着星云收缩，磁场强度变大。 磁场将阻止星云收缩，特别是垂 直于磁场方向的收缩。
右方的纵轴为恒星的绝对星等，亦即恒星在距 地球10 pc(32.6 ly)时的「视星等」。绝对星 等可量度一恒星的实际亮度。
赫罗 图
质量图
不同的恒星 有不同的位置
亮度
温度
10000
1000
和 100
太
阳
比 较
10
下
的
实1
际
亮
度1
10
1 100
1 1000
温度 (0C)
400000100000700005000030000
不同类型的恒星
–规模较小的星云形成一个孤立的恒星,
–大的星云由于密度不均匀,其中有几个质量中心,因而形 成双星、聚星或星团。
–质量非常小的星云,不能收缩成为恒星
2020/1/12
4
弥漫星云
巨蛇座弥漫星云M16
弥漫星云
猎户座马头星云
弥漫星云
玫瑰星云
弥漫星云
三叶星云
弥漫星云
人马座礁湖星云M8
行星状星云
大质量星的演化
恒星中心核可能经历的核燃烧过程及其生成物 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
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能量转移方程
七个方程，七个未知量：
P, ,T, M , L, ,
用计算机数值求解可以得到： 恒星的结构，即恒星从中心到表面不同半径r处的 压强P,
密度 ,
温度T, 质量M, 光度L,
产能率 , 不透明度。
恒星如何维持稳定的核燃烧？
• 恒星内部的核反应速率对温度 十分敏感，
∝T4 (PP), T17 (CNO)
dr
dP(r) dr
Gm(r ) (r )
r2
流体静力学 平衡方程
dL(r) 4r2
dr
热平衡方程
（,T ,
）
i
不透明度公式
以及边界条件：
当r＝0 时，M(0)＝0，L(0) = 0; 当r＝R 时，
M(R)＝M, T(R) = 0, P(R) = 0.
dT (r) dr
3 (r ) 16ac
L(r) r 2T (r)3
第六讲 恒星结构与演化
一、恒星的统计规律 二、恒星的形成 三、恒星结构模型 四、恒星演化基本原理 五、主序阶段 六、主序后的演化 七、超新星
恒星结构模型
假设恒星是球对称的，给定恒星 的初始质量M和化学组成:
P
P（ , T
,
）
i
物态方程
（,T , i）产能率公式
dM (r) 4r 2(r) 质量方程
• 恒星是稳定的气体球，其内部 任意一点必须维持流体静力学 平衡。 （向内的）重力 （向外的） 压力差
T ↑→↑→ P ↑→R↑ → T ↓
四、恒星演化基本原理
• 恒星演化：研究恒星形成后
结构如何随时间变化—即描绘 恒星从诞生到死亡的全过程。
• 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
（光度急剧增大， 表面温度降低）
t 10 5 yr
(2) 红巨星支
内部过程
与第（ 1 ）阶段类似。壳层H 燃烧使He核继续增大，也继续 收缩， 有：L↑， R↑
但表现出的现象与（1）阶段 有很大差别：光度急剧增大， 而表面温度Ts 基本不变。
原因：
到2点时，星体的膨胀使内部 大部分区域密度足够低，可通 过对流传递能量，传能效率大 幅提高，使得中心产生的能量 大量涌向表层。
核心区（不燃烧的氦核）
核反应4 H → 4He 粒子数n↓ →Pc↓ → 核心收缩R c↓（释放引力能） → 核心区温度Tc↑
核反应区（H燃烧壳层）
核反应产能率↑→ 光度L↑
包层
（核心区及H燃烧壳层之外的区域） 压力P↑→ 半径R↑→ 表面温度Ｔ↓
(2) 红巨星支 （ 2到3）
H-R图
恒星向右上方攀升 成为红巨星。
此时氦核密度足够高，电子处于简并状态， 简并压力与温度无关，因而：
Tc↑ →产能率↑ → Tc↑→...核心He爆燃
(持续几分钟, L ~ 1011L⊙)
氦核在几分钟内就被加热到3.5108K，这时热 压力占优势，电子气简并解除。
简并等离子体
简并条件：低温、高密。 恒星内的高密环境下，电子 可能达到简并状态；离子不能。
例演如化：模质型量序为列1M⊙恒星（且刚诞生时的化学组成给定）的
a.恒星刚诞生时的结构：恒星核心刚开始核反应的模型，此时星 体内部各处的化学成分相同；
b.恒星年龄为Δt时的结构：计算0到Δt时间内各层的核反应情况， 从而得到年龄为Δt时星体内各处的化学成分(Δt时间内，因为不停地 进行核燃烧，恒星内某些地方化学成分发生了变化)，于是可以算出 恒星年龄为Δt时的结构；
c.恒星年龄为 2Δt 时的结构：计算Δt到2Δt时间内各层的核反应 情况，从而得到年龄为2Δt时星体内各处的化学成分，于是可以算出 恒星年龄为2Δt时的结构；
d， e， f，…….
赫罗图上1M⊙恒星的演化序列
赫罗图恒星的统计分布
形象化展示的恒 星烧的阶段。这是恒星一生中停留时间最长的 阶段，占恒星寿命的80%，所以观测到的各类恒星大 部分都是主序星。
核反应区（H燃烧壳层）
核反应产能率↑→ 光度L↑
包层 （核心区及H燃烧壳层之外的区域）
压力P↑→ 半径R↑→ 表面温度Ｔ↓
脱离主序
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
光度L↑ 半径R↑ 表面温度Ｔ↓
六、恒星主序后的演化
• 当内核的氢燃烧完时，恒星内部气体压力和引力的平衡 将被破坏，恒星的内部结构和外部表现都会发生变化， 恒星离开主序阶段。
平衡，于是开始演化 。
• 沃格特－罗素定理
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，则它的结构和演化就完全唯一地由初始质量和化学成分所决定．
• 演化模序列
给定恒星的初始质量和初始化学组成，就应该可以得到该恒星演化 到不同阶段的结构。
为研究恒星演化，必须建立一个演化模型的序列。
(一) 低质量恒星(M ~1M⊙) 的演化 (二) 中等质量(M > ~2M⊙) 恒星的演化 (三) 高质量恒星(M > 12M⊙)的演化
（一） 低质量恒星(M ~1M⊙) 的演化
(1) 脱离主序—亚巨星支 （1到2）
H-R图
恒星逐渐向右上 脱离主序
（光度增大，
表面温度降低）
t 108 yr
(1) 亚巨星支 内部过程
红巨星的结构
红巨星光度是太阳的几百 倍，半径也接近于100倍， 大概是水星的轨道半径。中 心的氦核则很小，半径只有 整个星体半径的1/1000，质 量占25%。
(3) He闪
（图中的点3处）
H-R图 恒星攀升到红巨 星支的顶点。
几分钟
(3) He闪
内部过程
Tc～108 K时，核心He开始燃烧，Tc↑ 。
不同质量主序星的演化时标
质量（ Msun ）
0.5
1
5
15
演化时间（年） 61010 1010
107
2106
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。
太阳内部
脱离主序
核心区（不燃烧的氦核）
核反应4 H → 4He 粒子数n↓ →Pc↓ → 核心收缩R c↓（释放引力能） → 核心区温度Tc↑
简并压形成的物理成因 ： Pauli不相容原理——费米子不可能占据两个相同的能态。
(a) 电子简并压
非相对论性电子：Pe~ 5/3 相对论性电子: Pe~ 4/3
压强与温度无关
(b) 离子压强 （离子是非简并的）