星的演化第11篇-香港天文学会讨论区.PDFVIP

第 11 篇 星的演化 慨論 星體通常在以分子氫為主的氣雲內誕生，氣雲內密度變動較大的區域最易發生重力塌縮，塌縮使核 心氣體的壓力和溫度越來越高，到了一千萬度左右便觸發核聚變 (nuclear fusion) ，氫燃燒為氦，同 時發出光和熱，但在核心以外的氫，由於沒有足夠溫度，不會燃燒。 “原始星” (protostar) 指在氣雲裡的星胎，這時它已是一個熱體，但未到氫燃燒階段，因此輻射以紅 外線居多。右圖是哈勃太空望遠鏡捕獲的 HH 30 實例 (前講義 說的 HH 天體) ，在HH 30 中間是一顆塌縮中的原始星，它正 在吸積周邊物質形成一個塵氣圈，因此原始星被掩蔽不在照片 顯現，不過原始星的磁場會引導一些圈內物質往磁極外洩，形 成兩束反向的小噴流，噴流是短暫的，當更多塵氣圈物質被原 始星吸納而縮細後，噴流便會停止，原始星繼續塌縮直至平衡 為有氫燃燒的球體，剩餘的塵氣則被原始星的星風 (stellar wind) 驅散或進一步演化為原始行星盤 (protoplanetary disk) 。大質量原 始星最終會穩定為高溫的 O 或 B 型星，剛成熟的低質量原始 在金牛座的  HH 30 ，噴流總長度有 星具有金牛座 T 變星的光譜特性，因此又歸類為 “金牛 T 型星” 幾千 AU ，成因見  QA No. 21 。  (T Tauri star) ，最後穩定為F 、G 、K 或 M 型星。 “主序” (main sequence) 指星核心徹底進行氫燃燒的階段，在主序的星叫主 老星的結構 序星，它的光度、直徑和質量大致穩定。核心的氫燒完後，星脫離主序步 入老星階段，這時核心會累積不同元素的燃燒層，最外燃燒層必定是氫， 氫外層 (沒有燃燒) 下一層是氦，再下層是碳、氧和更重的元素，總層數視乎星的質量而定。 由於質量主宰着星的演化過程，我們就把星分為低質量與大質量兩級來論 述，一般定低質量 4 M ☉ (不足四倍太陽質量) ，大質量 8 M ☉ (超過八 倍太陽質量) ，4 M ☉ 至 8 M☉ 的星沒有明確的質量級別。要留意的是： 主序階段約佔星壽命的九成。 氫 H 燃燒層只佔星體積的小部分。 氦 He 星在演化途中一定有質量流失，特別是晚年，星的狀態不穩，質量 碳 C 流失更多，到核能盡失時便壽終，其遺體質量可以比主序時小幾倍。 不同元素的燃燒層 星的質量和壽命 粗略估計，銀河系有 2 - 4 千億顆星，它們的分佈猶如金 字塔，星的質量越大，數目越少，質量不足 0.1M ☉ 的星 沒有能力把核心的氫徹底燃燒，可見光甚弱不易被發現， 但邏輯上它們佔數最多，大過 100M ☉ 的星極少。天體物 理學指出，星質量大到若干程度，它的向心重力就不敵外 向的輻射力而瓦解，因此星質量不會無限地遞增，在劍魚 座的 R136a1 是已知最大質量的星，估計有 300 ± 50 M☉ 。 星的一生完全由它的質量決定，質量越大，燒氫越急速，壽命亦以幾何級數劇減。大致上，星的壽 命 (主序壽命) 與其質量的 2 - 2.5 次方成反比。太陽的壽命約有 110 億年，現在是中年，60 億年 後它將會脫離主序而很快壽終； 10 M☉ 的星，壽命會劇減至幾千萬年；20 M☉ 的星，壽命只有幾 百萬年，至於 0.5 M☉ 的星，壽命將長達幾百億年，比已知宇宙歲數還要持久。 AC_StellarEvolution Alan Chu 1 of 2