雖說要談宇宙中的所有恒星,聽起來很龐大,但它們都以同樣的方式運作,其一生的變化,死亡的方式,只跟一個因素有關,那就是質量。所我們可以把宇宙中的恒星按照其分類總結起來說。
宇宙中的恒星類型
雖然夜空中的星星在我們的肉眼看來大多是白色的,而且彼此之間非常相似,但事實是它們之間有各種各樣的顏色和固有的亮度。下圖是自哈勃太空望遠鏡拍攝到的恒星照片。這樣的細節,我們的肉眼根本看不到。
雖說世間萬物,乃至我么人類自身的命運充滿了隨機性,但宇宙中的每一顆恒星(除非它與另一顆恒星合并)其命運從誕生之日起就已經完全確定了。這正是一顆恒星從始至終的運作方式。
當一團巨大的分子云(一團富含氫的冷氣體云)崩塌時,其中很大一部分會形成新的恒星。這些恒星有大有小,但氣體云的質量在七種主要的主序星類型中會大致均勻地分布。
這就意味著所形成的恒星中只有大約0.12%的o型和b型恒星,而大約75%是m型恒星。不出所料,o型星將是所有恒星中最亮、最藍的,因為它們的質量最大,消耗燃料的速度也最快。這就是為什么,當我們觀察一個非常年輕的星團時,它所發出來的光芒會被非常明亮的藍色恒星所主宰,那么更暗、更紅的恒星我們根本看不到,但它們的數量確實很多。
恒星赫羅圖,研究恒星演化的重要工具
如果我們根據一個星系團中的每顆恒星本身的光度或內在亮度在Y軸上排列,根據其顏色在x軸上排列(左邊最藍,右邊最紅),我們會得到一條向上彎曲的路徑。這種類型的圖被稱為赫羅圖(或者簡稱為H-R圖),而這條蜿蜒的路徑被稱為恒星主序列,而處在主序列的恒星主要是在其核心燃燒氫。(包括我們的太陽在內!)
但是隨著時間的推移,恒星的核心耗盡了氫燃料,而最藍、最大質量的恒星消耗氫的速度最快!一個年輕的星團只有主序星,而一個較老的星團將有一個看起來復雜得多的H-R圖。例如,球狀星團M55,其非常古老,它的H-R圖是下圖這樣的。
在這個星團中的大質量恒星,(所有比太陽質量大的恒星)早已停止了核心的氫聚變反應。(而左邊的藍色恒星被稱為藍離散星,它們是由兩個質量較低的主序恒星合并而成的。)恒星核心消耗完氫以后,恒星都會收縮。而熱力學告訴我們,當恒星的核心的收縮時,溫度會升高。在核心周圍會形成一層氫聚變層,從而釋放出較大的能量,導致了恒星外層的膨脹。(除了m星外,因為它質量太低,無法開始另一階段的融合。每一顆恒星都會膨脹)
這個過程會導致主序星演變成一個亞巨星,一個比以前的主序星更亮更冷的恒星。
目前的南河三就是這種情況,一顆亞巨星!它是夜空中最亮最近的恒星之一,離我們只有11.5光年遠。在數千萬年的時間里,亞巨星的外層將繼續膨脹和冷卻,而它們的惰性核心將繼續升溫,最終達到一個足夠高的溫度,開始在其核心熔化氦!
在這個階段,恒星會膨脹得非常大,變成了一顆真正的紅巨星,這是一個可能持續數億年的進化階段,也是恒星達到最大光度的階段。這些恒星由于其巨大的、不斷增大的體積而在演化過程中逐漸冷卻下來。當巨大的紅巨星開始在核心聚變氦時,首先會形成碳,然后變成氧和更重的元素,外層光度大致保持不變,但是核心逐漸變得更小、更藍。相比之下,下圖是太陽和大角星(一個橙色的巨星),還有心宿二(一個紅色的巨星)。
這一階段的進化被稱為水平分支,因此,幾乎所有k類恒星(或更重的恒星)的序列變化如下:主序列(氫核燃燒)到亞巨星(氫殼燃燒)到紅巨星(氦核燃燒)再到水平分支恒星(繼續氦燃燒成更重的元素)。
最后,如果原恒星的質量低于太陽質量的8到10倍,融合就會結束,恒星的核心就會收縮成白矮星,在這個過程中,恒星的外層會被吹散,變成行星狀星云,顏色和形狀千變萬化。
剩下的核心白矮星的亮度只有原恒星的百萬分之一,但它們比原恒星溫度更高,因此顏色也比原恒星更藍。所有的k型,G型,F型,A型,以及大多數b型恒星,最終都會變成白矮星。
但是那些o型或少數大質量b型恒星,那些10倍于太陽質量的恒星,核心質量所產生的引力將壓垮單個原子,使整個核心崩潰,產生壯觀的超新星爆發,最終導致黑洞或中子星的形成!
這就是整個宇宙中不同恒星星光的演化!


