红矮星,白矮星和新星谁能帮我解释一下

2024-12-18 23:29:15
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矮星(dwarf star)是一个过气的天文名词,这是过去恒星分类把恒星分为巨星和矮星时代所遗留下来的用,例如在当时太阳便被界定为一颗典型的矮星,矮星其实也是恒星的一种,也是以热核反应发光发热。由于这名词很容易和恒星演化后期的白矮星(white dwarf)混淆,所以在天文界已很少使用,而以主序星(Main sequence star)这名词代替,例如太阳为G型的主序星。 红矮星(red dwarf)是指表面温度低、颜色偏红的矮星,尤指主序星中比较「 冷 」的M型及K型恒星,这些恒星质量在0.8 个太阳质量以下,表面温度为2,500至5,000 绝对温度。除太阳外最接近地球的恒星 — 比邻星(Proxima Centauri) — 便是一颗红矮星。 亦有些书中的红矮星,是指由白矮星(white dwarf) 过渡至黑矮星(black dwarf) 的其中一个阶段,白矮星慢 慢冷却,先成为黄矮星(yellow dwarf)、红矮星 (red dwarf)、棕矮星(brown dwarf),最后是完全死寂的黑矮星。( 注 :白矮星是一颗已死亡的恒星,中心的热核反应已停止。) 白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多!也就是说,它的密度在1000万吨/立方米左右。 根据白矮星的半径和质量,可以算出它的表面重力等于地球表面的1000万-10亿倍。在这样高的压力下,任何物体都已不复存在,连原子都被压碎了:电子脱离了原子轨道变为自由电子。 白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论,白矮星是在红巨星的中心形成的。 当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳。 经过几百万年,氦核燃烧殆尽,现在恒星的结构组成已经不那么简单了:外壳仍然是以氢为主的混和物;而在它下面有一个氦层,氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂,中心附近的温度继续上升,最终使碳转变为其他元素。 与此同时,红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡:恒星半径时而变大,时而又缩小,稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球,火球内部的核反应也越来越趋于不稳定,忽而强烈,忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右,我们可以说,此时,在红巨星内部,已经诞生了一颗白矮星。 白矮星的密度为什么这样大呢? 我们知道,原子是由原子核和电子组成的,原子的质量绝大部分集中在原子核上,而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米,而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。假如核的大小象一颗玻璃球,则电子轨道将在两公里以外。 而在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质也将大大增多,密度大大提高了。形象地说,这时原子核是“沉浸于”电子中。 一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定。顺便提一下,当白矮星质量进一步增大,简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩,白矮星还会坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞。 对单星系统而言,由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却着。经过一百亿年的漫长岁月,年老的白矮星将渐渐停止辐射而死去。它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。 超新星是多种恒星爆炸的总称。爆发中会释放出大量等离子体,并且持续数周至数年时间,以致天球上好像突然出现了一颗“新”星。超新星不同于新星,虽然新星爆发都会令一颗星的光度突然增加,但是程度比较小。超新星爆炸会把恒星的外层抛开,令周围的空间充满了氢、氦及其他元素,这些尘埃和气体最终会组成星际云。爆炸所产生的冲击波也会压缩附近的星际云,引致恒星的产生。 爆炸的冲击波会冲击四周,留下一个超新星爆炸遗骸。一个著名的例子是蟹状星云。