黑洞与时间弯曲(1)

黑洞与时间弯曲

1.恒星的演化

1.星际云大多由氢，氦组成，二者比例为16：1。

星际云每平方厘米只有10个原子，相当于地球的三千亿亿分之一。

星际云只有绝对零上之100度。

旋臂扫过的星际云，相对很远的原子挤在一起，微弱的星光不能穿过——暗星云（马头星云）。

暗星云并不平滑，均匀。在暗星云内部分布比平均说多的原子数，那么这个地方的引力场强。因此它会把周围星云的原子吸引过去，以这种方式星云开始瓦解形成球状体或片状。

一个球装体通常包含几倍太阳的质量。球状体无力支撑来自周围物质的挤压，引起球状体收缩，故其球状体中心气体有较高的气压和密度。随之温度升高，开始辐射，发光。原恒星诞生。

当原恒星中心温度达到一千万度，氢燃烧点着了，每四个氢核在一起燃烧创生一个氦核。所产生的氦核比氢和轻，因为有些物质变成了能量。当恒星可以达到支撑他引力的时候，恒星诞生了。当恒星中心的氢用完时，由于引力作用下开始收缩，上升到新的温度，

但在核与周围之间依有氢，最终温度达到可以点燃核心薄壳里的氢。于是恒星开始膨胀，起初这几乎观察不到，内核继续坍塌，壳层膨胀（不明显），由于内核继续坍塌，使温度和压强空前升高，核内氦原子在高速碰撞形成碳和氧，于是出现了氦燃烧的新热核反应，氦燃烧的能量输出阻止了恒星内核的继续坍塌，此时，恒星有着双重能源供应，使恒星体积膨胀，膨胀的越大，外层的原子距离越远，密度和压强变小，温度下降，以微红的颜色发光——红巨星（星宿二）。像氦是氢的灰烬一样，碳和氧是氦的灰烬，红巨星数十亿年后，中心的氦会消耗掉，这时恒星再次变得不稳定，开始引力坍塌，温度和压强随之升高，和上面相同的点燃壳层的氦，这个阶段，恒星有两个热核反应，一个是内层的氦壳，一个是外层的氦壳，这便是恒星的最后阶段。

这种建构不会坚持太久，恒星又变的不稳定，开始轻微的脉动，随着每次的膨胀，反应会被放缓，减少能量的输出，然后再次收缩，循环。

持续数千年之后，脉动变得非常剧烈，以致于恒星外层与燃尽的内核分开，漏出一颗死亡的内核，内核向外辐射并照耀着周围，最终的产物是行星状星云（环状星云）。这是个短命星云，只需5万年后就会从视野

中消失。那颗死亡的恒星向四周辐射，由于没有足够的温度发生热核反应，体积会一直减小，宇宙创生时只产生氢和氦，但我们周围还有比这重的元素，哪来的呢，很明显像太阳这类恒星不能产生比氧和碳重的元素，但比太阳大60倍的恒星可以锻造出另外的元素，这些恒星最终并不是形成行行状星云，而是以最猛烈的方式结束自己，就是超新星爆发，超新星爆发以及它内部的重元素使星际间变得丰富起来，下一代恒星产生时，行星卫星小行星都随之产生。

恒星死亡及白矮星

小质量恒星演化慢，把氢和氦点燃用的时间长，而且当热核反应开始时，消耗的元素也很慢。大质量恒星反之。

小质量恒星以行星状星云结束自己的生命，并且开始有大幅度脉动是当恒星外部有氢壳，中部（差不多吧）有氦壳，里面包含有氧和碳的惰性核时恒星开始脉动，故热核反应对恒星有决定性作用。

在趋于死亡的恒星核心，原子被压的紧密，以致于电子都被挤掉，两个电子几乎处于同一位置上，显然泡利不相容原理是不容许的，阻止恒星进一步坍塌的最终压力——电子简并压力，电子简并压力能支撑1.4个太阳的残骸。

当一颗死亡的恒星内核裸露在外时（也就是当恒星抛出行星状星云的气体时）随着体积的收缩，温度逐渐降低。它们体积很小——白矮星。

双星系统中的密近双星中，一颗恒星的演化过程明显的影响着另一颗恒星，一颗白矮星和一颗刚刚变成红巨星的伴星组成，红巨星膨胀会把气体喷在白矮星上，因为白矮星十分密集，所以在白矮星表面重力是十分大的，随着氢的不断积累，气体层的温度和压强逐渐升高，并且燃烧起来，热核反应在恒星表面进行起来，亮度会猛增十万倍，这时，白矮星已经变成新星了。

实际上气体下落到恒星表面的速度是非常快的，因而撞击时发出x射线，正因为电子简并压力恒星才能支撑住来自四面八方的撞击和无情的挤压。但电子简并压力也有个上限，这个上限就是1.4个恒星的质量。

超新星与中子星

还有另外一些恒星，在抛出外层物质之后，难以保证残骸的质量小于强德拉塞卡极限（水委一），在小于1.4个太阳质量的恒星内部充满着碳和氧，而在大恒星内部虽然同样充满着碳和氧，由于质量大于强德拉塞卡极限，使温度上升到七亿度，碳被点燃，再过一段时间，温度上升到十亿度，氧被点燃。直到反应结束，

恒星继续收缩，于是恒星内核的薄壳里重复着内核的反应，氧的灰烬是硅，当氧的热核反应逐渐向外层移动时，身后留下了足够的硅储备，无论恒星变得多热，铁都不会燃烧，大质量恒星就有一个含铁丰富的恒星。于是大质量恒星的结构从内向外分为铁核，硅燃烧壳层，氧燃烧壳层，碳元素壳层，氦燃烧壳层，氢燃烧壳层。含铁丰富的核心说明着恒星的年龄不久矣。在核心处同样是脱离铁原子自由电子，在强大的恒星压力下，没有一个原子可以幸存下来，随反应的进行，越来越多的铁原子留在后边，最后恒星在也支撑不住自己的重量，当铁核有3/2个太阳的重量时，压力如此巨大.以致自由电子都被迫到核中，这时，质子和电子结合成了中子，结果恒星猛烈的收缩，并释放大量的能量（和他前一生放出的能量相似）能量在短短几小时从核中涌出，冲击波从内向外冲出，结果这颗星炸了，变成了一颗超新星。

遗憾的是每次超新星爆发，被银河系大多数星际尘埃挡住了视野。

超新星并不是大型新星，举例来说，新星爆发只会把少量物质抛出，超新星爆发会把大量物质一超音速抛出，当喷出的物质冲入星际空间时，会射出x 射线。

大质量的恒星残骸并不会形成白矮星，由于质量大，往往稍大于强德拉塞卡极限，故电子简并压力支撑不住他，那另一方面泡利不相容原理是不容许的，所以在大质量恒星中是中子简并压力支撑着他，阻止了他进一步坍塌，于是变成了一颗中子星。

在许多方面中子星像白矮星的夸张版，中子星的自转更快，并具有强大的磁场，典型的白矮星差不多地球般大小一万英里，典型中子星只有二十英里，一汤勺里的物质重400亿吨。用光学望远镜是根本看不到的，天文学家通过射电脉冲和x射线暴在确认中子星的。这些脉冲是中子星高速旋转和强大的磁场产生的。

这些恒星的自转加快和滑冰着因缩会双臂加快转速是同样的道理，典型的中子星1s自转一圈或更快些。体积的减小也会使磁场变强，具有较强磁场的中子星在南极或北极触到强磁场时，这些粒子就会发射出射电波，并且没自转一周我们会接收到一个射电波，这和老式灯塔的道理一样。

刚形成的中子星自转极快，到后来逐渐缓慢下来，脉冲间隔也变得越来越宽，故年龄越大，自转最快的一颗叫做蟹状脉冲星，位于金牛座蟹状星云中心的一颗，他是最年轻的一颗脉冲星，次之的是船底座