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红巨星是什么?

红巨星是什么?3个发光的红色球体,左上方最小,右下方最大。
艺术家的发展恒星的概念被称为红色巨人,在这个例证的不同的距离。图像ViaNASA戈达德太空飞行中心/克里斯·史密斯(KBRwyle)。

红巨星是什么?

红巨星是一颗处于死亡阶段的恒星。它慢慢膨胀到原来大小的许多倍。一旦处于红巨星阶段,一颗恒星可能会保持这种状态长达10亿年。然后恒星会慢慢地收缩和冷却,变成一个白矮星:地球大小、超高密度的恒星残骸,辐射着一小部分原始能量。最终,数十亿年后,这些恒星将完全变冷,不再辐射能量。他们会以所谓的黑矮人:微小的、燃烧过的、几乎看不见的煤渣。

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要成为红巨星,一颗恒星的质量必须在太阳质量的一半到太阳质量的八倍之间。天文学家称这种恒星为低质量或中等质量的恒星.所以你可以看到我们的太阳是一天,有一天会变得不可避免地成为一个红巨人。

因此,我们的太阳注定要成为一颗红巨星(然后是白矮星,然后是黑矮星)。但是什么过程将推动太阳演化到红巨星阶段呢?当它改变时,恒星内部会发生什么呢?让我们来研究一下低质量或中等质量恒星的命运,比如我们的太阳,当它们演化到红巨星阶段时。

一颗模糊的红星,被一个红色的贝壳和几个模糊的红色弧线包围着。
最着名的红巨星之一是旧的红星贝雷格。它也是最近的地球上的红色超巨星。本2013年远红外图像,来自赫歇尔空间天文台,显示了明星及其神秘的环境。星系周围的多个弧线是由于贝尔格斯的风撞击周围的风星际介质.当恒星在太空中移动时,它们会产生弓形冲击波。图像Viaesa.

氢气:星星的第一燃料

星星通过将氢气转化为氦气通过辐射能量核聚变.正是这个过程使我们的太阳辐射光、热和其他形式的能量作为副产品。但首先核融合在星星中需要氢。星星没有无限的氢气供应。我们的阳光每秒将大约600万吨氢转化为氦气。如果这听起来好像供应应该很快起到很快,请记住,太阳是近一百万英里的明星。如果你有问题可视化想象一下,将喷气式飞机登机为持续226天的航班。这就是你在当地明星周围飞行的时间。

事实上,作为同类型的普通恒星,我们的太阳在诞生时就拥有足够的氢,足以维持大约100亿年。天文学家估计我们的恒星现在大约有45亿年的历史。因此,太阳正把它青春的宁静岁月抛在身后。它正步入中年。就像人类一样,用不了多久,它的进程就会开始改变和动摇。

氢气燃烧和主要序列

我们称之为我们明星生命的当前阶段催化燃烧因为它的能量来源是氢原子的聚变。但燃烧是一点错误的人。它是核融合,而不是化学燃烧。星星没有燃烧在传统的词感。不过,天文学家确实使用了这个词燃烧来描述恒星内部发生的聚变。因此,你可能听说过碳燃烧氦燃烧.这两个阶段都是核聚变的阶段,当一颗恒星接近生命的终点时,会消耗不同的元素。

主要燃烧氢的恒星位于我们所知的主序阶段。作为一颗主序星,我们的太阳处于所谓的恒星均衡.这意味着来自太阳内部聚变反应的向外辐射压力正好平衡了太阳自身引力向内的推力。

重要的是要意识到,当太阳在主要序列上时,即使每秒数百万吨氢的消耗也不会立即耗尽太阳的氢气。在融合过程中仅消耗的太阳氢的0.7%最终将辐射为能量。其余的被用来将氢原子核转化为氦原子。这一点的能量一直在给我们所有的光线和热量,我们从太阳到最后45亿年来!

阅读更多关于此视频的更多信息:全天红巨人明星交响乐团

恒星开始死亡

最终,随着核火的减弱,恒星开始在自身引力下收缩。在恒星收缩的同时,它的温度也在升高。所以恒星变得更亮了。

在一个老化的星星中,这种萎缩和亮化的阶段可以持续数百万年。收缩芯,在重力下缩小时加热,将更多的氢朝向恒星的中心,进入以前由现在萎缩的核心占据的地方。最终,温度和压力足以点燃核心周围的氢气:从该新氢壳燃烧的辐射通过恒星向外推动,导致其外层膨胀。在这里有复杂的物理过程,但能量守恒的定律与重力方式的方式相结合,意味着如果恒星的核心收缩,剩下的明星必须扩大.这颗明星开始发展成为所谓的东西subgiant星,代表主序列与红色巨型阶段之间的中间相位。

它变成了一个红色的巨人

氢壳层的燃烧是通过核聚变过程发生的,这一过程比恒星在主序上时要强烈得多。其结果是恒星适度变亮。但膨胀的恒星的外层,现在离核心周围的氢壳层更远了,同时冷却,从最高6000到30000度下降到5000度。这也意味着恒星的光会变红,就像从火上拿下来的冷却拨火棍会随着时间的推移从白色冷却到黄色变成红色一样。

氢燃烧阶段可以持续几亿到十亿年,这取决于恒星的初始质量。对于质量在0.8到2倍太阳之间的恒星,会产生直径是太阳10倍的亚巨星。质量超出这一范围的恒星可能会遵循不同的演化路径,但对于像太阳这样的恒星来说,下一阶段将是体积的大幅增加,亮度的大幅上升和更冷的状态。驱动能量将从氦核中产生,氦核坍塌,密度越来越大,直到亚巨星阶段结束时,它变得足够热,足以燃烧它的氦。这导致能量输出的大量增加,迫使恒星膨胀。最终,也许在数亿年后,这颗恒星的直径将是太阳的一百倍,而且颜色将明显呈红色。

红巨星就这样诞生了。

一颗恒星通常会处于红巨星阶段大约10亿年。接下来会发生什么取决于恒星的质量。大质量恒星会爆炸成超新星。像太阳这样的低质量到中等质量的恒星会慢慢收缩,冷却成白矮星。

小点为太阳,更大的红色圆圈,更大的红色圆圈,全部标记。
我们太阳的大小与最小和最大的红巨星(星震)已被探测到开普勒太空望远镜.图片来自Daniel Huber/悉尼大学

在夜空中

我们用肉眼可以看到几颗红巨星。毕宿五alares.只是两个例子。但也许最著名的是参宿四,位于猎户座。它之所以出名,是因为不久前它突然开始变暗,并在2019年持续了几个月。它的亮度下降了60%以上,这意味着它在夜空中明显更暗。阅读更多关于Betelgeuse的非凡调光的更多信息

那么我们的太阳呢?在接下来的数亿年里,它的亮度将慢慢增加,并开始向整个地球辐射更多的能量电磁波谱,它朝向它的亚基阶段。这对地球来说是坏消息。在大约十亿年内,我们明星的辐射增加将对我们的星球进行消毒,扑灭所有生命。

最终,当我们的太阳完成了它的变化从一个温和的G型明星变成红巨星后,它会膨胀到吞噬水星、金星,也许还有地球。那将是我们世界的末日。

红巨星的研究是复杂的,因为有很多变量和例外。它可以抛出意想不到的东西,比如参宿四的变暗。但这些巨星只是在经历一个自然的生命阶段,变老和死亡。例如,当我们的太阳作为白矮星结束生命时,它已经存在了100亿年。也许,当我们的恒星膨胀到巨大的尺寸时,外星文明会从远处研究它,就像我们研究参宿四和天空中的其他巨人一样。他们几乎不知道,曾经有一个小蓝点绕着那颗恒星运行,那里的居民也看着这些恒星,感到奇怪。

底线:红色巨人是什么?大多数主要序列星星,就像我们的太阳,将成为一个。红巨头膨胀到这样一个大尺寸,他们可以吞下他们的内部行星。

发布
9月17日,2021年
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