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太阳这样的恒星,当氢和氦燃烧完之后,就是太阳的末日!

时间:2020-01-07 来源:熊猫流量小王子

太阳质量的恒星,最终聚变的主要产物为碳和氧;目前主要进行着氢元素向氦元素的聚变过程,一旦氢元素和氦元素燃烧完,就是太阳的末日。


恒星演化过程和恒星本身的质量密切相关,质量越大的恒星,内部温度和压力越高,核聚变反应速度越快,结果就是恒星质量越大寿命越低;超大质量恒星的寿命只有1000万年,而小质量恒星的寿命,高达数百亿甚至上千亿年。

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太阳在刚形成时,主要元素是氢和氦,目前太阳质量有71%是氢元素,26%是氦元素,处于主序星时期,内部温度1500万度,主要进行着氢元素向氦元素聚变的过程,预计65亿年后,太阳将耗尽氢元素。


根据恒星结构演化理论,对小于2.2倍太阳质量的恒星,核心的氢燃烧会持续非常长的时间,燃烧产物氦元素处于电子简并态,并在恒星中心形成氦核。

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氦核外面的氢元素继续燃烧,生成的氦元素在恒星中心聚集,使得氦核的质量和温度不断上升,这是一个相当缓慢的过程,我们太阳的氢元素燃烧需要110亿年时间,目前已经燃烧了大约45亿年。


当氦核增长到0.45倍太阳质量后,氦元素将被点燃,我们太阳大约在60亿年后达到氦元素聚变的条件;如果恒星低于0.5倍太阳质量,那么氦元素无法点燃,直接就演化为氦元素为主的白矮星。

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氦元素的燃烧速度比氢元素快很多,太阳的氦元素一旦被点燃,会在几秒钟内释放巨大的能量,这就是氦闪,氦闪把恒星外层的氢元素和氦元素吹向四周,最终形成行星状星云。


然后恒星中心的氦元素丰度下降,导致氦元素的聚变停止,外层的氢元素继续燃烧,直到氦核再次达到聚变条件时,又会进行氦元素的聚变,经过多次氦闪之后,恒星的氢元素丰度会降到非常低的水平。

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氦元素聚变的主要产物是碳元素和氧元素,这就是我们太阳燃烧的最终产物,由于太阳质量太小,碳元素和氧元素就无法继续聚变了;但是可以通过质子俘获和中子俘获过程,生成少量更重的元素。


如果恒星在2.2~10倍太阳质量之间,那么恒星内部聚集的氦元素,将足以维持氦的持续聚变,并点燃碳元素和氧元素,最终的产物是氧、氖、镁元素。

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如果恒星大于10倍太阳质量,氧、氖、镁元素会继续燃烧,最终生成铁元素,恒星从内到外依次为铁核心、硅壳层、氧壳层、氖壳层、碳壳层、氦壳层和富氢大气层,最终恒星会以超新星爆发的形式结束生命。


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