甯P的演化

甯P的演化 白矮星 紅巨星 新星 中子星 脈衝星 黑洞


甯P的演化

太空中的氣體與塵埃受萬有引力(Universal Gravitation)作用聚集,因重力(Gravitational Force)收縮使其溫度和密度逐漸上昇,當中心溫度高到足以點燃核融合(Nuclear Fusion)反應時,恆星乃告誕生,它生命中大部分的歲月是將氫(Hydrogen)融合成氦(Helium),釋出大量熱能,使向外膨脹的熱壓力抵消重力,成為一顆穩定的恆星,到了靠中心的氫耗盡後,氫融合逐漸移至外層發生,使恆星突然膨脹,表溫下降成為紅巨星(Red Giant),後來星體再次因收縮溫度升高使核心進行氦融合成碳的核反應,質量與太陽相近或較小的恆星,在中心的氦耗盡後就不能再產生能量,僅輻射儲存之熱能,溫度逐漸冷卻而成白矮星(White Dwarf);比太陽重得多的恆星,繼續進行核反應至中心融合成鐵才停止,由於重力太大又無法再產生核能,恆星乃急速收縮,此時部分能量會反彈將外層炸掉,爆炸時光度劇增,成為極亮的超新星(Supernova),爆炸後之中心殘骸繼續崩潰收縮形成中子星(Neutron Star);而質量更重的恆星在形成中子星後仍繼續收縮,因大量物質集中,重力強至連光都無法逸出,形成黑洞(Black Hole)。而被炸散的物質回到星際空間的雲氣中,成為下一代星球形成的原料物質,這就是恆星演化的循環。

白矮星(White Dwarf)

依據恆星演化的理論,質量在四倍太陽質量以下的恆星,內部核融合(Nuclear Fusion)反應使其質量逐漸喪失,到了晚年星球質量剩下不到1.4倍的太陽質量,由於內部不再產生核反應,重力作用使星球縮小到如地球般大小,雖然表面溫度很高,但因體積小,故成為一顆白色低亮度的星球,稱為白矮星(White Dwarf)。第一顆被發現的白矮星是天狼星(Sirius)的伴星。由於低質量恆星演化到最後階段將成白矮星,估計銀河系(Galaxy)內星球約有十分之一將成白矮星,太陽則約在五十億年後成為白矮星。白矮星由於內部不再引發核反應產生能量,因此儲存的熱能將慢慢往外輻射而散失,星球溫度逐漸降低,光度將愈來愈暗,經過數十億年後將成又冷又暗的黑矮星(Black Drawf)。

紅巨星(Red Giant)

恆星在演化過程中,重力(Gravitational Force)收縮溫度升高點燃核心氫(Hydrogen)融合成氦(Helium)的核反應,部分質量轉換成能量,使星球維持長期且穩定的光輝,而星體內部高溫所產生的向外膨脹之熱壓力與造成收縮的重力達到平衡,因此這個階段星體大小和溫度大致不變,如現今太陽即是一例。但是,中心的氫耗盡後,核融合反應停止,由於熱壓力不足以抗拒重力,故星體開始收縮以致溫度上昇,使核心得以進行氦融合成碳(Carbon)的核反應,而核反應使核外層的溫度因此上昇,導致外層的氫得以產生核反應,此時星球整體向外的熱壓力大於向內的重力,星球開始膨脹,但其表面溫度因體積膨脹而降低,因此星光呈現紅色,而成紅巨星(Red Giant),此時星球已達老化的階段。

新星(Nova)

有些星球的亮度在短時間內突然增加數萬倍甚至數百萬倍,它們曾被認為是新生的恆星,其實這種星的光度本來很暗,只有在爆發後一段時間特別明亮,然後光度逐漸降低,最後又回復到原來昏暗的狀態,這就是新星(Nova)。

目前天文學家認為大多數新星是在雙星系統(Binary Star System)中發生的,當雙星彼此相距很近時,物質可由一星表面被另一星吸去,若其一是紅巨星(Red Giant),由於它膨脹後外層物質距中心太遠,受到重力吸引反不如伴星強,當伴星是白矮星(White Dwarf)時,紅巨星外層物質流向伴星,慢慢累積在表面,新加的物質如氫與氦的溫度與密度達到核融合(Nuclear Fusion)反應時,會突然釋出大量核能,產生爆炸使星球光度突然大增,但爆炸把物質炸散,阻止進一步的核反應,所以光度逐漸降低。一般認為新物質會再累積,過一段時日後可能會再發生爆炸,所以發生新星的現象很可能會重複出現。

中子星(Neutron Star)

依據恆星演化理論,質量在四至八倍太陽質量的恆星,歷經紅巨星(Red Giant)階段後,星球質量剩下約1.4至3倍的太陽質量,當核心經核反應至鐵(Iron)與鎳(Nickel)後,由於進一步的融合不會再產生能量,恆星無法支持自身的重力(Gravitational Force)而急劇收縮,因壓力太大使原子核破碎,逼使電子(Electron)被壓縮與質子(Proton)結合成中子,此時部分能量以反彈波形式向外傳遞將外層炸散,即超新星(Supernova)階段,爆炸後中心殘骸繼續收縮直至中子(Neutron)的密度能抗拒重力壓縮才停止,此種星球內僅中子能存在,因此稱中子星(Neutron Star)。

中子星一般質量與太陽差不多,但半徑僅約十公里左右,密度高到不可思議的地步,相當於地球上一塊方糖大小卻約重一億公噸的質量,典型的中子星表面溫度約一百萬度左右,由於它體積實在太小,因此雖然溫度很高,但是光度很低,我們在地球上不容易以光學望遠鏡偵測到它的存在。

脈衝星(Pulsar)

西元1967年英國天文學家利用無線電望遠鏡偵測到一系列的脈衝波(Pulse),經過長期觀測及研究結果發現,它是一個無線電波源所發出的脈衝波,因此將該電波源取名為Pulsar,中名直譯為波霎或脈衝星。天文學家現在已確認它是具有強磁場(Strong Magnetic Field)且快速自轉的中子星(Neutron Star),由於中子星的強磁場在其四周創造的電場(Electric Field)強度很大,它將磁極附近的帶電粒子加快至高速且碰撞原子放出光子(Photon),光子以狹小的束狀方式由磁極離開中子星,因為中子星急速旋轉,而磁軸與旋轉軸有一傾角,因此光束在太空中以環狀掃動,就像燈塔的光一樣,每當光束掃過地球,我們便收到一個信號,信號依中子星自轉週期為間隔而重複出現,這種中子星因發出有規律一閃一閃的脈衝波,故稱之為脈衝星(發出脈衝波的星體)。

黑洞(Black Hole)

依據恆星演化的理論,質量大於八倍太陽質量的恆星,歷經紅巨星(Red Giant)及超新星(Supernova)爆炸階段後,其中心殘骸仍大於三倍太陽質量,由於其重力(Gravitational Force)超越中子(Neutron)所能抗拒之上限,因此它不會成為中子星(Neutron Star),而是繼續收縮塌陷。由廣義相對論(General Relativity)得知,由遠距離看其收縮需很長時間,且收縮得愈小則重力愈強,這種大量物質集中在極小的區域,其重力強到即使光都無法逸出,並且接近永遠收縮的天體,我們稱之為黑洞(Black Hole)。黑洞僅是個重力場(Gravitational Field),無法吞吸其重力範圍外遠距離的物質或星體,當物質陷入黑洞時,受到嚴重的扭曲和摩擦,將使它加熱到數百萬度,放出X及加碼(Gamma)射線,我們利用偵測強烈X射線源來發現黑洞的所在,第一個被發現最有可能是黑洞的天體是天鵝座的X-1(Cygnus X-1)。
 

 

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