恆星長生不老?

文/中央氣象局科普網 |2020.11.12
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文/中央氣象局科普網

在晴朗的夜晚,當我們抬頭仰望天空時,除了期盼剛好有流星劃過讓我們許願之外,總是可以見到許多星星高掛天邊,這些肉眼所見的星星大多數都是「恆星」。恆星,顧名思義就是「恆久不變的星星」,這些星星總是在固定位置一閃一閃的閃爍著,在沒有任何觀測工具的古代,人們賦予天上的星星許多傳說與故事,但是,所謂的恆星,難道就真的永遠都不會消失也不會換位置嗎?

誕生起源

銀河系約有2000億個恆星,每個恆星會因為處在不同的演化階段而有不同的質量,恆星並非永恆不墜,它就像地球上的人類一樣會經歷生老病死的過程,那究竟恆星是怎麼誕生的呢?

地球上有雲,外太空也有雲,太空中的雲是由塵埃、氫氣、氦氣、和其他電離氣體聚集而成的,人們稱它為「星雲」。這些星雲因為具有強大的引力,約莫經過幾百萬年的時間持續收縮,內部的壓力和溫度不斷升高,當中心溫度上升到約好幾百萬攝氏溫度時,便點燃核心氫融合成氦的核融合反應,並釋放出大量的能量(包含光和熱),於是,一顆穩定的恒星就誕生了!我們的太陽就是一顆穩定、不斷放出光和熱的恆星。

太陽結局

以恆星的演化過程來看,太陽目前正處於穩定的主序星階段,恆星停留在主序星的時間從數百萬年到數百億年都有可能。

質量像太陽的恆星內部不斷進行著各種核融合反應,核心區中氫與氦的比例會隨著時間逐漸產生變化,等到大部分的氫氣融合成氦時,氫融合反應停止,星體冷卻開始收縮體積變小溫度上升。星體開始膨脹,表面溫度因此而降低,使外觀呈現紅色的低溫特徵,故被稱為「紅巨星」。

氦融合反應使核外層的溫度因此上升,導致外層的氫得以產生融合反應,此時星體整體向外的熱壓力大於向內的重力,於是星體開始膨脹,表面溫度因此而降低。依據恆星演化論的預測,太陽很可能在50億年後,核心的氫元素將完全燃燒殆盡,這也表示恆星已經開始漸漸衰老和步入死亡。

可能歸宿

逐步邁向老年的恆星,依其質量大小不一樣,而有不一樣的結局:

白矮星

當變成紅巨星的恆星,裸露出星球內部的核心,倚靠自己殘留的餘溫散熱發光,就被稱為「白矮星」。類似太陽質量的恆星,通常都屬此結局。

超新星爆炸

超新星是恆星演變成中子星的過程。大質量的恆星到了晚期核融合反應結束時,內部的碳、氧、矽燃燒殆盡,使恆星的鐵核心因為坍縮而崩壞,並釋放出大量的能量,此時恆星的溫度使其快速膨脹,外觀變得又大又亮,最後引發大爆炸,看起就像太空中又誕生了一顆新星一般。

中子星

大質量恆星最終除了變成超新星爆炸外,中子星也是大質量恆星演化的最後選項。此類恆星結束核融合反應,邁向死亡而塌陷後,原子中的質子和電,將被壓縮成高密度的中子,變成不繼續塌陷的中子星。中子星體積很小,密度卻相當高。

黑洞

一顆年邁又超大質量的恆星,在生命的最後也可能會一直塌陷,最後變成一個體積很小、但密度極高的物體。這個物體因為密度極高,有著非常強大的引力,引力強大到連光線都能被吸進去,所以被稱為「黑洞」。

現在我們知道恆星演化的祕密,但恆星是會移動的,你知道嗎?只是因為它們跟地球的距離實在太遠了,所以我們無法用肉眼觀察出來。下次抬頭仰望天空時,不妨猜一猜那顆恆星目前正處於哪個演化階段,增加觀星的樂趣喔!

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