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红巨星

2015-2-17 09:44|查看:2709|评论:0|字体: 繁体

红巨星

红巨星和太阳的比较

红巨星是巨星的一种,是恒星的一种衰变状态,根据恒星质量的不同,存在期只有数百万年不等。质量通常约为0.5至8个太阳质量,质量更大的称为红超巨星,质量再大的为红特超巨星

分类特征

在赫罗图上,红巨星是巨大的非主序星,光谱属于K或M型。所以被称为红巨星是因为看起来的颜色是红的,体积又很巨大的缘故。鲸鱼座的苧藁增二、金牛座的毕宿五、牧夫座的大角星等都是红巨星;而天蝎座的心宿二、猎户座的参宿四、大犬座VY等则是红超巨星。

大部分的红巨星,其核心是未聚变的氦,能量由氦核外的氢燃烧包层提供,它们在图上构成了红巨星分支(RGB星)。另外一些,其核心是碳等更重的元素,外部是在燃烧的氦包层和氢包层,它们构成了图上水平的渐近巨星分支(AGB星)。在恒星大气中碳含量比氧含量还高的碳星中,AGB星的光谱类型一般属于C-N到C-R型。

演化

红巨星

哈勃于1997年拍摄的红巨星蒭藁增二。

红巨星

膨胀过程

质量在太阳的0.5至7倍之间的恒星,在耗尽了核心的氢燃料之后,燃烧将会移至核心外围的氢气层。因为惰性的氦核本身没有能源,便因为重力而收缩并被加热,在上面的氢也会跟着一起收缩,因此融合的速度会增加,产生更多的能量,导致恒星变得更为明亮(比原来亮1,000~10,000倍)并且使体积膨胀。体积膨胀的程度超过发光能力的增加,因此表面的有效温度下降。表面温度的下降使得恒星的颜色倾向红色,因此称为红巨星。理论上,恒星光谱从A至K的主序星会演化成为红巨星及红超巨星,而O与B型的恒星会成为蓝超巨星(与红巨星演化有很多不同处)。

当恒星的核心持续收缩到足以点燃3氦过程的密度和温度条件,氦融合就会启动。

对质量小于2.5倍太阳的恒星而言,氦核心需要持续收缩以对抗越来越多的核心的氦积聚,对抗重力的唯有电子简并压力。所以,当温度上升到~1亿度的点燃温度时,早已是类似“白矮星”一般的简并态致密核。这样的氦燃烧无法及时通过热膨胀把能量传输出去,就会出现热失控的氦闪,大约在1分钟内,氦核的大部分都聚变为碳核(以及后续的氧核),并向恒星外层传输出巨量的能量,导致恒星突然性变亮,并持续一个短周期。然后,核心又不再产生能量,外层的氢在较浅的位置上以较复杂的方式继续聚变成氦。恒星核心再次缓慢积聚氦,较长的一段时间后,类似的氦闪又在富含碳-氧内核外的氦包层中再次发生。这时的恒星就位于赫罗图上的渐近巨星分支上,每次氦闪后,从一个红巨星分支进入另一个分支。

大于太阳质量2.57倍的恒星,由于氢核聚变速度更快、核心更热,氦聚变可以在核心尚未收缩到白矮星密度的简并态前就点燃,整个核反应会比较平顺与持续的进行。当这类恒星初始的重元素含量较低(“贫金属”星)时,它们将进入水平分支——这些恒星在赫罗图上的位置是水平的分布。富含金属的恒星在这个阶段则群聚成赫罗图上的红群聚。

不经历红巨星阶段的恒星

质量很低的红矮星(<0.5个太阳质量)只有对流层,恒星处于完全对流状态,恒星的元素丰度基本各处相同。由于核心的温度本来就不是很高,而且质量太小,整个恒星无需过于收缩以顶住引力。所以这些恒星既使到了晚期氢丰度不是很高的情况下,也不能通过收缩让累积在核心的氦达到核聚变的温度,既使用尽了氢也不能成为红巨星。由于它们的主序星阶段生命远远长于我们宇宙的年龄,这类恒星的演化仅是理论上的,并无观测实例。

质量极高的O、B型星(25个太阳质量以上),其主序星阶段就位于赫罗图的左上角顶端,属于蓝巨星甚至蓝超巨星。它们将一直在赫罗图的最上方水平移动,氦融合开始后可能成为高光度蓝变星,也可能成为沃尔夫-拉叶星。接着它们就以Ⅱ型或Ⅰb、Ⅰc型超新星爆发结束其短暂的生命。

红巨星的太阳

红巨星

比较当前作为主序星的太阳和将来成为红巨星的太阳。

大约在50到75亿年后,太阳将成为红巨星,经过科学家们的计算,届时太阳将变得异常巨大,足以吞噬掉目前太阳系里,包括地球大概火星以内的内侧行星。然而,太阳的引力也会因为质量的减少而减弱,因此火星和所有的外行星,都会往外移。在这时候水星金星都差不多一定会被太阳吞噬掉。地球的命运不是很清楚。要是没有潮汐力的话,那地球的轨道就会往外逃到差不多1.5天文单位。但近来研究发现因为地球和太阳有潮汐力,地球还是会被太阳的外气层吞噬掉。可是在此之前,当太阳的氢耗尽时,地球的生物圈将会被破坏,额外增加的太阳能也将造成地球海洋的蒸发。过30亿年以后,地球的表面将变得如同金星一般高热。再50亿年以后,地球的空气已经往外太空逸散掉了,最后地球变成焦黑的行星。

小说中的红巨星

超人的漫画书中,毁灭了的超人出生地克利普顿星所在的行星系即是绕着红巨星运行,而故事情节里则设定超人的力量来源取源于地球所环绕的黄色太阳。

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