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pzzdm:太陽的前世
送交者: pzzdm.com 2010年02月19日05:55:57 於 [教育學術] 發送悄悄話

大概在80億年以前,一顆明亮的藍巨星走到了它生命的盡頭。這顆恆星據推測質量大概相當於我們太陽的10到30倍之間。我們周圍的星星中,比較接近這樣的恆星典型的有RIGEL, 我們中國人管它叫參宿七。Rigel 的絕對亮度是太陽的4萬倍!儘管RIGEL距離我們有700多光年遠,它是如此的明亮,以至於在全天的所有亮星中排第6名。下面是RIGEL的照片。

我們太陽的前世就是這樣一顆恆星。由於這顆星的亮度如此之高,它的燃料消耗得很快。太陽的壽命是100億年左右,而RIGEL的質量是太陽的17倍,亮度是太陽的4萬倍,那麼RIGEL的壽命大概只有太陽的2500分之一。就是說,RIGEL的壽命只有4到5百萬年。這顆恆星就像櫻花一樣,短暫地開放後就凋零了。在核心的氫基本耗盡之後,由於氫聚變而產生的輻射壓降低,恆星在自己的重量之下開始收縮,核心的溫度反而開始升高。當溫度達到1億度開爾文以上的時候,氫聚變的產物氦開始聚變成不穩定的鈹,進而聚變成穩定的碳。由於氦聚變產生的能量遠遠大於氫聚變的產能,整個星體開始膨脹。這個時候,這顆恆星就離開了主序星階段,也就是其一生中最漫長的青年和壯年期,進入短暫的老年期了。我們所熟知的恆星中,同是獵戶星座(ORION)的參宿四(英文叫Betelgeuse, 讀作“Beetle juice”,即”甲蟲肉汁”)就是一顆這樣的紅巨星。下面是Betelgeuse的照片:

下面的照片是Betelgeuse和太陽大小的比較:

可以看到,我們的太陽雖然已經是地球體積的130萬倍,跟甲蟲汁星比起來,就像一粒沙子和籃球大小相比一樣。注意這顆甲蟲汁星的質量是太陽質量的18到19倍。所以甲蟲汁的密度要遠遠低於太陽的密度。其表面溫度也要低很多。這就是為什麼甲蟲汁星的顏色如此之紅的緣故。

在短暫的紅巨星階段,這顆太陽的母親星很快地耗盡了核心的氦,開始把碳聚變成氖,鈉,鎂,氧等更重的元素,這些元素又聚變成硅,鐵等更重的元素。當恆星的中心聚集了大量的鐵, 而比鐵原子量更小的燃料都消耗殆盡的時候,這顆恆星的死期到了。

因為,所有比鐵輕的元素在聚變成更重的元素時, 會釋放能量,而比鐵重的元素,在聚變的時候則會吸收能量。這是因為,鐵原子核是被強相互作用力結合最緊密的原子核。當恆星的核心變成以鐵為主的時候,恆星再也無法通過聚變而產生能量來對抗引力造成的收縮壓, 整個恆星開始加速收縮。恆星的核心在強大的壓力下不斷塌縮。由於核心部分的質量超過了Chandrasekhar極限,即大約1.4倍太陽質量,電子簡併力不能夠阻止核心的進一步塌縮,在幾秒內,恆星的核心從數個地球大小,一下子塌縮成比曼哈頓大不了多少的一個奇怪的星體。這個星體由中子之間的泡利不相容原理來維持. 由於進一步的塌縮一下子被制止,恆星外層的物質在引力和慣性的作用下以極高的速度(光速的幾分之一)迎頭撞在中子星的表面上,然後被反彈開。在這巨大的衝擊力之下,大量的物質被轉換成能量,引起恆星外層向外的大爆發。這就是II型超新星。在爆發的過程中,很多比鐵原子量更高的原子被聚合形成。這雖然是一個吸收能量的過程,在超新星爆發的巨大能量噴發中,可以順利地進行。下圖是1987年在大麥哲倫星雲中觀測到的II型超新星的照片:

上圖是同一天區的兩張照片並列而成。左邊照片是超新星1987a爆發時的照片,右邊是同一顆星爆發之前的照片(箭頭所指)。

很久很久以前,我們的太陽的母親就經歷了這樣一個激烈的死亡. The following picture shows crab nebula, the remnant of supernova AD 1054. Our sun was born from the material ejected by a supernova explosion,which is similar to this one. The gas and cloud will continue to expand for billions of years, until disturbed by something and start collapsing under its own weight.

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