超红巨星（#科普微故事#恒星坍塌）

豆豆:“爷爷，恒星坍塌，真难理解，能再说说吗？”

“好！”爷爷:“恒星是咋产生的？”

豆豆:“散落在宇宙空间中的星际云，由于引力作用互相靠拢，成为一‘坨’，同时，发生旋转(满足角动量守恒等)，产生热能(机械能转换成热能)，这时，一颗原恒星就产生了。原恒星(及宇宙空间)当中含量最多的元素是氢，占比约百分之七十之多，剩下的部分，氦元素占了百分之二十多。如果原恒星的中心温度能够达到约999.97万摄氏度(1千万K)，就会‘点燃’氢聚变，变成氦，这时，一颗主序星就产生了，如果温度不够，不能‘点燃’氢聚变，所产生的则是褐矮星，褐矮星的质量小于太阳质量的0.08倍。”

“对！”爷爷:“看得出，你是下了一翻功夫的！那主序星分为哪几种呢？”

豆豆:“原恒星的质量，如果大于等于0.08倍太阳质量，但又小于0.5倍太阳质量，那它就是一颗红矮星，发红光；如果原恒星达到0.5倍太阳质量，并小于8倍太阳质量，那它就是一颗黄矮星，发黄光或者黄白色光，而原恒星质量如果大于8倍太阳，它就是一颗蓝巨星，最大最大的蓝巨星，则叫‘超蓝巨星’，蓝巨星是发光最强的主序星，但也是主序星中最短命的，因为恒星的质量越大，核聚变越厉害，燃料‘氢’的损耗越快。恒星的死亡，与恒星坍塌有关，但什么是恒星坍塌呢？我就理解不了了！”

爷爷:“恒星处于青壮年期的时候，中心部分持续产生氢的聚变，聚变产生的向外的作用力，与中心引力平衡，但是，‘燃料’氢是会用完的，并且，在此过程中，恒星在向外‘抛撒’物质，所以到了恒星近晚年时，燃料用的差不多了，质量也减少得差不多了，这个时候，聚变的作用力不能与引力平衡，一则由于质量的减小，引力作用在减小，二则，由于中心部位的‘燃料’氢逐渐‘烧完’，只能烧外围的‘燃料’氢，所以导致外围因此膨胀。那么如果我们以黄矮星的演化来看，它会变成什么？”

豆豆:“红巨星。”

“对！”爷爷:“红巨星是黄矮星的中老年时期，垂垂老矣，由于中心对外围的引力作用不断减小，所以它的体积要比黄矮星膨胀很多，也就是它的直径要大很多，但是他的亮度呢，又要比黄矮星暗淡偏红。比如太阳，再过四十五亿年到五十亿年之后，它的直径将会比现在大百十倍，先后会把水星、金星、地球、火星、木星等近地行星吞噬和烤化。红巨星外围的膨胀，自然也有个头，当它外围燃料耗尽之后，其温度会下降，会变成星云及宇宙‘尘埃’，这是新的恒星诞生的重要的原料。红巨星内核的情况却与外围不同，当燃料中心‘燃料’氢耗尽之后，核聚变的作用力变小，这时候引力的作用将会从新‘扳赢手腕’，所以它就会向内收缩。外围在膨胀，内核在收缩，当内核温度达到一亿摄氏度时，会发生氦闪，此时内核‘瞬间’坍塌，氦会聚变成碳，还有氧，内核部分由于引力作用会急剧往里坍塌似的收缩，密度将会变成一百亿吨每立方厘米，一亿吨每立方厘米是什么概念呢？大致就一粒直接一厘米的玻璃球有一亿吨重这样子，当然它再小，但也是巨大的，其半径以万千米计算，而这时候，一颗白矮星诞生了，白矮星的前期的亮度要比中后期高，但由于不能继续维持聚变，主要依靠余热和余光维持光热，其特点是高密度、小体积、大质量、低亮度，成分主要由碳和氧组成，温度稍高的可能由氦、氧、氖等组成，这是由于它的温度不足以燃烧氖。白矮星靠电子简并压维持与引力的平衡。”

豆豆:“氦闪真的只是瞬间？”

爷爷:“这是宇宙演化过程当中的‘瞬间’，其时长以百万年计算，此瞬间非彼瞬间，与我们日常生活中的瞬间完全不同。”

豆豆:“什么是电子简并压？”

爷爷:“要说电子简并压，首先我们得把思维从宏观世界转向微观世界，而电子简并压则一两句话说不清楚，简单而言，大致是由于若干多的非常非常多的‘一堆’原子的外壳被压碎，并且原子秩序因此而被打乱，一大堆的原子核或质子跑到一大堆的电子中去了，电子同时可以在这堆质子中自由的‘漫不经心’走动，但是由于在一定空间范围之内，两个电子不能‘友好’接触，它们会你推我搡，互相排斥，保持距离，因此，不会使这一大堆的被砸乱的由‘散碎原子’的总体积因塌缩而减小，不过如果来自外部的压力过大，还是会继续塌缩，所以（印度)天体物理学家钱德拉赛卡认为，如果白矮星质量大于1.4个太阳，由于引力作用，电子简并压将不足以对抗引力，它会继续塌缩，最终成为中子星，如果它的质量小于1.4个太阳质量，则会‘冷却’成为黑矮星。要注意的是，人类到目前为止，已经发现了一千多颗白矮星，但没有找到一颗黑矮星，因为科学家们认为黑矮星的形成需要几亿年，而宇宙的年龄才138亿年，所以黑矮星目前只在有一定科学依据的科学理论中存在。”

豆豆:“那红矮星呢？蓝巨星呢？”

爷爷:“红矮星由于质量较小，不会形成红巨星，而是直接坍塌成白矮星。蓝巨星质量巨大，它首先会膨胀成超红巨星，外围会形成超新星爆发，爆发后的某些物质，会参与新天体的‘合成’。超红巨星的内核，质量如果达到奥本海默极限（恒星质量小于约2一3个太阳质量，无法坍塌成黑洞，而是中子星)，或者如果密度到达或超过史瓦西极限，恒星就会坍塌成黑洞，密度更大，非常非常大，引力大到连光都逃不出去，不过黑洞的体积相对于超红巨星而言，是非常非常小的。如果达不到塌缩成黑洞的条件，超红巨星就会坍塌成中子星。中子星的密度是一到十亿吨每立方厘米，而黑洞的密度是一百亿吨每立方厘米。主序星当中蓝巨星及超蓝巨星的情况与刚才所说的白矮星不同，也与红矮星不同。这是因为，蓝巨星及超蓝巨星的质量更大，‘燃料’更多，中心温度更高，聚变会更激烈，不但能完成氢聚变成氦，氦聚变成碳，而且还能继续聚变，碳聚变成氧，氧聚变成硅或硫，再聚变成铁。而且内核因聚变产生铁的同时，外围则由内到外逐层发生着氧、碳、氦、氢的聚变，正因为它温度高，核反应剧烈，‘燃料’消耗快，所以‘蛇有多大洞有多粗’，它的‘开销’及‘透支’也最大，从而蓝巨星在主序星当中，是命最短的，并且，越大的蓝巨星，它的寿命越短。”

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