什么是恒星的生命周期?
就像生物一样,恒星会诞生、随时间变化,并最终走到生命的终点。恒星的生命周期描述了它从开始到结束所经历的所有阶段。整个过程可能需要数百万甚至数十亿年。我们的太阳大约已经有46亿岁,处于生命周期的中间阶段。了解恒星如何生死,帮助科学家了解宇宙以及地球上许多元素的来源。
恒星在被称为星云的巨大气体和尘埃云中开始它们的生命。这些云主要由氢组成,氢是宇宙中最轻也最常见的元素。经过数百万年,引力将气体和尘埃团拉在一起,使它们加热。当物质越压越紧时,会形成一个旋转的球体,称为原恒星。猎户座星云从地球上可以看到,是目前最著名的新恒星正在诞生的地方之一。
当原恒星变得足够热时,其核心开始发生称为核聚变的过程。核聚变发生在氢原子相互碰撞并结合形成氦时,释放出巨大的能量。这种能量就是让恒星如此明亮地发光的原因。一旦聚变开始,恒星进入其生命中最长的阶段,称为主序。我们的太阳已经是一颗主序星大约46亿年了,还将继续保持这一状态约50亿年。
恒星的质量,即它含有多少物质,几乎决定了它生命中的一切。低质量的恒星缓慢燃烧燃料,可以发光数千亿年。像我们太阳这样的中等质量恒星大约能活100亿年。大质量恒星可以比太阳重10到50倍,燃烧燃料的速度要快得多,可能只能活几百万年。这看起来可能有些反直觉,但最大的恒星实际上寿命最短,因为它们消耗燃料的速度太快了。
当一颗中等质量的恒星耗尽核心的氢燃料时,它开始膨胀并冷却,变成一颗红巨星。红巨星可以生长到原来恒星的数百倍大。当我们的太阳在约50亿年后变成红巨星时,它将膨胀到可能吞噬水星和金星。大质量恒星膨胀得更大,变成超巨星,是整个宇宙中最大的天体之一。猎户座中的参宿四(Betelgeuse)是一颗红超巨星,大约是我们太阳宽度的700倍。
中等质量的恒星结束红巨星阶段后,其外层向太空漂散,形成一个美丽的发光壳体,称为行星状星云。留下的热核心称为白矮星,大小大约与地球相当,但密度极高。一茶匙白矮星物质在地球上的重量大约相当于一辆汽车。白矮星不再通过核聚变产生能量,因此在数十亿年里慢慢冷却。最终,它们会逐渐暗淡,变成有时被称为黑矮星的冷暗天体,不过宇宙还没有古老到可以让黑矮星存在。
比我们的太阳质量大得多的恒星有更为壮观的结局。当一颗大质量恒星耗尽燃料时,其核心在短短数秒内坍缩,引发一次被称为超新星的巨大爆炸。一次超新星爆炸可以短暂地比一整个拥有数十亿颗恒星的星系还要明亮。爆炸将铁、金、碳等重元素散布到太空中,这些元素最终成为新恒星、行星甚至生命的一部分。超新星爆炸后,残余的核心可能变成一颗中子星,或者如果质量足够大,则变成一个黑洞。
恒星的生命周期与地球上的生命直接相连。几乎所有比氢和氦更重的元素都是在恒星内部或超新星爆炸时创造的。你骨骼中的钙、血液中的铁和你呼吸的氧气,都是在我们的太阳诞生之前很久就已生死的恒星中锻造的。科学家有时说我们都是由"星尘"构成的。通过研究处于不同生命阶段的恒星,天文学家还可以预测数十亿年后我们自己的太阳将会发生什么。