为什么说恒星的质量越小,寿命越长,而大质量的却刚刚相反?
可能这才是大家困惑的地方,一般来说恒星的质量表示了其燃料的储备量,质量越大那么很明显其氢元素就越多,那么能够供给燃烧的燃料也就越多,但对于恒星来说,却是反其道而行之,质量越大寿命越短,以太阳质量为例,寿命大约是100亿年,但质量更大蓝特超巨星却只有数千万年,而像比邻星这样的红矮星却高达数千亿甚至上万亿年,造成这个结果的主要有两个因素:
一、大质量恒星的温度升高是其中一个重要原因
质量大代表燃料多,但也有一个非常现实的问题,质量越大代表核心处的温度也就越高,能够提供核聚变反应的区域也就越到,简单的说就是消耗燃料的炉子变大了,当然这抵消了因质量增加而带来的红利!
二、另一个最关键的因素是恒星结构
导致恒星寿命过短的因素恒星的内部结构,与各位想象的不一样,大质量的恒星和小质量的恒星尽管发光原理是一样的,但结构却完全不一样,也许我们得分成三种类型来理解:
1、大于80%太阳质量的恒星
这种恒星有一个特点,恒星内核处有一个对流层,而且这个对流程占整颗恒星的比例并不大,整体上来说,再大质量的恒星,这个对流层的比例并不会无限扩大,而是逐渐趋于一个平衡!对流层的外侧是辐射层!
2、小于80%但大于40%太阳质量的恒星
这种恒星的特点是有辐射层也有对流层,但对流层占了整颗恒星的大部分
3、小于40%但大于10%太阳质量的恒星
当然10%是恒星最基本的门槛,因此大于10%是必须的,否则就成不了恒星了!这种恒星有一个与众不同的特点是没有辐射层,整颗恒星都是除内核外就是一个对流层!
但这三者之间,最稳定的是太阳质量的80%-40%之间的恒星,第一种由于质量比较高,内核在氢元素聚变阶段结束后还会有氦元素聚变,但剧烈聚变的氦元素将导致恒星膨胀成红巨星,因此这种天体是不稳定的!
而小于40%太阳质量的恒星,由于整个恒星都处在对流层之内,因此这种恒星的状态同样是不稳定的,2016年3月,Evryscope观测到了比邻星耀斑的爆发过程,十秒钟之内,比邻星的亮度上升了1000倍,直接达到了肉眼可见的程度,假如按太阳的爆发规模来算的话,这绝对能达到令地球流浪的超级氦闪!因此Proximab上即使有生命,也可能已经被摧毁!
天仓五的宜居带分布,比太阳系更靠近一些!
介于两者之间(40%-80%太阳质量)的恒星则是最稳定的,由于其辐射层阻隔,表面活动相对比较小,是最适合文明生存与发展的恒星,距离地球12光年外的天仓五就是这样一颗恒星,不过比较可惜的是它周围的存在比较宽的小行星带,简单的说天仓五尽管恒星发展极度完美,但行星可能发育不良,并没有彻底清理轨道上的小行星!
三、超大恒星是怎么死亡的?
在大家的印象中,恒星总是会膨胀成红巨星,然后最后在超新星爆发中了却一生,但事实上超过太阳40倍质量的恒星并不会膨胀成红巨星,例如一颗碳氧内核质量为64-144M⊙(太阳)的恒星在碳氧聚变阶段内核温度会上升到极高的程度,而极高能量状态下的γ光子会产生正负电子对,请不要以为正反物质湮灭能量会更大,恰恰相反两者湮灭能量要小于形成它们的光子,因此内核会变得极不稳定,最终将辐射压无法对抗引力导致整颗恒星结构崩溃,跟超新星爆发一样,但这种状态下内核并不会剩下什么物质,例如中子星和黑洞等统统不存在,仅仅是一团星云而已!
请注意是碳氧内核质量要达到64倍太阳质量以上,但大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R136a1(观测到质量最大的恒星,太阳的256倍)未来碳氧内核可能都达不到50倍太阳质量,因此这种直接超新星爆发啥都么有的极超超新星可能是相当少见的!当然还有一种Ia型超新星爆发也只会留下一片星云(白矮星吞噬伴星物质超过钱德拉塞卡极限导致超新星爆发)
因为这种超过爱丁顿极限的蓝特超巨星并不多见(爱丁顿极限:恒星辐射压和引力坍缩对抗的极限平衡点,一般认为是太阳质量的150倍),它的未来是会在Ib或者Ic型超新星爆发中直接形成黑洞
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