行星的晚期演化(初稿)

恒星的晚期演化星云主序星紅巨星白矮星超新星中子星黑洞行星狀星云NGC3132NGC7293螞蟻星云小質(zhì)量恒星的演化小質(zhì)量恒星（質(zhì)量小于2.3倍太陽(yáng)質(zhì)量）

小質(zhì)量恒星中心區(qū)域的氫燃燒完后，將形成一個(gè)氦中心核和氫豐富的外層。此時(shí)中心溫度不足以讓氦進(jìn)一步發(fā)生聚變，因而可以看做一個(gè)冷的核。氫殼繼續(xù)燃燒產(chǎn)生氦，氦核質(zhì)量繼續(xù)增大，到一定程度后，由于內(nèi)部壓力不足，開(kāi)始引力收縮。收縮使得引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱輻射能，這些能量注入到氫外殼，使外層膨脹、恒星的半徑增大。同時(shí)，外層氣體的膨脹又造成恒星表面溫度下降，因此恒星離開(kāi)主星序，在赫羅圖上向右上方移動(dòng)，演化為亞巨星。由于外層氣體對(duì)光子逃逸的阻擋作用，恒星的表面溫度下降到一定程度會(huì)停止，而膨脹會(huì)繼續(xù)。這樣，恒星表面積增大而溫度幾乎不變，亞巨星就在赫羅圖上幾乎垂直的上升到紅巨星

小質(zhì)量恒星變?yōu)榧t巨星后，中心氦核區(qū)域的電子由于密度增大而發(fā)生間并。當(dāng)中心間并核的質(zhì)量達(dá)到臨界值（約為0.45太陽(yáng)質(zhì)量）時(shí)，中心溫度可達(dá)到10?K，此時(shí)氦核開(kāi)始燃燒，發(fā)生3α反應(yīng)3?H→12C+7.27MeV，氦聚變使核的溫度上升，中心區(qū)域發(fā)生絕熱膨脹。但是在電子間并的情況下，絕熱膨脹時(shí)壓力并不減小，所以核反應(yīng)加速進(jìn)行。這樣的氦燃燒是一種爆炸式的燃燒，被稱為氦閃。氦閃一般只持續(xù)幾秒到幾分鐘。

氦閃產(chǎn)生大量熱量，但密度幾乎保持不變，因而氦核內(nèi)電子由間并的變?yōu)榉情g并的。此時(shí)星核膨脹、吸熱、光度驟減，在赫羅圖上的位置下降，然后進(jìn)入穩(wěn)定的氦燃燒階段。這時(shí)主要反應(yīng)是3α反應(yīng)，同時(shí)也有一定數(shù)量的氧生成，即12C+?H→16O+γ

，此時(shí)，星核的周圍是氫燃燒的殼層和氦燃燒的核心，這種狀態(tài)成為水平分支。當(dāng)中心的氦耗盡后，中心核變?yōu)橛商己脱踅M成的核。核心外緣有一層氦點(diǎn)火，而點(diǎn)火的外層還有一層氫燃燒，這種雙殼燃燒的階段成為漸進(jìn)巨星分支。

恒星的光度由于雙殼層燃燒產(chǎn)生能量而增大，使外部包層不斷膨脹，因而恒星又上升為紅巨星分支。燃燒的雙殼層會(huì)進(jìn)一步變大因而光度變得更大，在雙殼層燃燒的結(jié)束階段便形成紅超巨星。由于此階段外殼物質(zhì)的大量損失（超星風(fēng)所致）紅超巨星生存的時(shí)間不會(huì)太久。紅超巨星外層物質(zhì)拋射，殼層燃燒物質(zhì)迅速靠近表面而消失，從而恒星的演化軌跡在赫羅圖上向左方移動(dòng)，變?yōu)樾行菭钚窃?。而星云的中心就是原?lái)的星核，此時(shí)它已成為一顆獨(dú)立的碳-氧白矮星。

要補(bǔ)充的是，質(zhì)量小于0.5太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，在氫燃燒時(shí)補(bǔ)充的氦不足以使氦核到達(dá)上述臨界值。

因此，當(dāng)電子間并的氦核收縮時(shí)，不會(huì)發(fā)生氦燃燒。這樣，質(zhì)量小于0.5太陽(yáng)質(zhì)量的恒星最終將演化為氦白矮星，而初始質(zhì)量在0.5至2.3太陽(yáng)質(zhì)量之間的恒星將演化為碳-氧白矮星。中等質(zhì)量恒星的演化

中等質(zhì)量的恒星，中心的氫燃燒完之后，也會(huì)形成一個(gè)氫核，氫核的外邊緣處又一個(gè)氫燃燒的殼層。與小質(zhì)量恒星相同，這時(shí)恒星也會(huì)離開(kāi)主星序，向紅巨星分支演化。

與小質(zhì)量恒星所不同的是，中等質(zhì)量的恒星演化到紅巨星的時(shí)間非常短。

恒星在達(dá)到紅巨星時(shí)中心溫度已升到10^8K，從而氦開(kāi)始燃燒主要反應(yīng)是氦原子核聚變?yōu)樘己脱酢?/p>

由于外殼中氫和氦的電離區(qū)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一種脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)制，這一階段演化成赫羅圖軌跡將向左右來(lái)回?cái)[動(dòng)，中間穿過(guò)被稱為造父脈動(dòng)帶的區(qū)域.

此后，由于碳-氧核質(zhì)量的增大并向內(nèi)收縮核內(nèi)電子發(fā)生簡(jiǎn)并。中等質(zhì)量恒星的最終演化，可能有兩種結(jié)局：1.演化為一顆碳-氧白矮星。2.形成超新星爆炸。大質(zhì)量恒星的演化大質(zhì)量恒星的演化大質(zhì)量恒星（>8M,M為太陽(yáng)質(zhì)量）與小質(zhì)量恒星演化相差很大：

1、數(shù)量只占恒星總數(shù)量的10%左右2、光度可達(dá)到太陽(yáng)的數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)倍。

3、在短時(shí)間內(nèi)消耗巨額核燃料，主序壽命顯著縮短不同的演化和歸宿仍受相同的物理規(guī)律支配，即引力平衡，以及決定這種平衡的核反應(yīng)率內(nèi)部溫度更高，恒星內(nèi)不通過(guò)CNO循環(huán)進(jìn)行，輻射壓對(duì)維持恒星的力學(xué)平衡起更大作用He核不再簡(jiǎn)并，C和更重的元素可以平衡燃燒。核心區(qū)核反應(yīng)所產(chǎn)能量主要對(duì)流方式向外傳輸大質(zhì)量恒星的演化大質(zhì)量恒星超紅巨星A超新星B中子星黑洞C1C2AC1C2B星云恒星紅巨星超新星黑洞中子星大質(zhì)量恒星的一生氫耗盡后，多層熱核反應(yīng)T:10億-20億開(kāi)T>40億開(kāi)鐵核裂變反應(yīng)大量產(chǎn)生中子和中微子壓力驟減迅速塌縮主序星紅超巨星鐵核心>8M二型超新星爆炸彌漫星云致密天體+(9-30)M>30M黑洞>3M中子星<3M⊙⊙

⊙⊙⊙15由灼熱的氣體構(gòu)成的，呈現(xiàn)出紅色、白色、藍(lán)色，以及綠色和粉紅色的的彩帶象國(guó)慶日的焰火那樣把星空照亮。這幅由美國(guó)國(guó)家航空和航天局NASA的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所拍攝的色彩斑斕的橫穿天空的彩帶，是由宇宙中最大的爆竹——大質(zhì)量恒星的鈦超新星爆發(fā)產(chǎn)生的。爆發(fā)時(shí)的光線320年前就到達(dá)了地球，幾乎比美國(guó)建國(guó)時(shí)的慶典禮花還要早一個(gè)世紀(jì)。這顆恒星的爆發(fā)遺跡被稱作仙后座A，簡(jiǎn)稱CasA，CasA是我們所在的銀河系中已知的最年輕的超新星遺跡，位于仙后座中距離我們約104光年遠(yuǎn)的地方，因此，這顆超新星實(shí)際是在它的光17世