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用赫罗图描绘恒星的一生
发布时间:2024-12-13
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现在我们来做一个有趣的观察,我们在宇宙中找一块极小的空间,这里的星星都是同一时间诞生的,然后我们来画一张它们的赫罗图。宇宙中的确有这样的地方,这就是星团,一个星团有数百到上万颗恒星,它们是同一时期诞生的。

如果我们通过观测结果画一张只包括一个星团的恒星的中的赫罗图,就会发现图中主序带的上半截不见了。这就是因为大质量恒星已经离开了主序带,留下的只是分布在主序带下半截的小质量恒星。那么,你可以思考一下这是为什么。恒星所在的星团又有什么秘密?

用赫罗图描绘恒星的一生

我们前面提到的赫罗图描述的都是在我们观察恒星的时候它们所呈现的状态,就像我们为某个天域的恒星拍一个全家福,有大有小、有老有少,出现在同一张照片里。如果我们把视线从某一时期转移到某一颗恒星,来看看这颗恒星在一生中所处的位置,那么赫罗图上又该如何描述呢?

我们还是以一个太阳质量的恒星(低质量)为例,来看看它的“—生”在赫罗图上是如何呈现的。

在前一篇文章我们讨论了太阳一生的变化,那么我们可以把太阳一生里的色温和质量对应到赫罗图里。

太阳诞生在一团旋转的尘埃和气体中,在自身引力的作用下坍缩,逐渐形成一个原恒星,这时它处于赫罗图的右边。不断升高的温度点燃了内部的氢燃料,核聚变产生的压力和引力相互抵消达到平衡,此时它从右边移入主序带,成为一颗主序星。

恒星会在主星序上度过它“星生”的中年时光,这段时间的长短与它的质量有关。我们已经知道太阳会变成一颗红巨星,这时,我们的太阳没有在赫罗图上消失,而是“搬到”主序带外的一个居住点,这里是代表变冷、变暗的红巨星的聚集区(赫罗图右上方)。恒星核心中巨大的压力所产生的极高温度点燃了氦的核聚变,产生的压力和引力再一次达到平衡,这个过程在赫罗图上的体现则是恒星在红巨星区域内左右横向的移动。

实际上,所有走出主序带的恒星都会成为红巨星。不过,质量不同,恒星的命运也不同。像太阳、比邻星这样低质量的恒星,会成为白矮星,在赫罗图上会快速向左移动到接近最左侧的地方,然后再快速垂直向下移动到赫罗图中左下方的位置,并固定在那里,然后经过极长的时间,逐步变暗、变冷,最终逐渐消失了。

若是质量在8个太阳以上的恒星,离开主序星后,会进入红超巨星区域,也就是红巨星上方的区域。由于恒星会一次次地启动和结束不同元素的核聚变反应,比如氦、碳、氧、钙等,恒星会在这个区域左右移动,直到超新星爆发。红超巨星的生命结束于超新星。由于赫罗图是由恒星的光学观测数据构成的,因此当恒星演变成中子星和黑洞时,就不能在赫罗图上显现了。