恒星的生命历程

王 刚

像地球上的万物一样，恒星也有一个产生、发展、灭亡的过程．

一、恒星的诞生

在恒星起源问题上，现在主要有两种观点：一种观点认为恒星是由弥漫物质凝聚形成的， 称“弥漫说”；另一种观点认为，恒星是由超密物质爆发形成的．不过，越来越多的观测证 据支持“弥漫说”，并逐渐得到大多数天文学家的公认．下面介绍这一观点．

设想在 银河系里，远离我们几千光年的某个地方，一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完 全真空的空间．这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几兆英里之遥．星际云占有如此广漠 的空间，因此尽管它具有巨大的质量，但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的．

某个特定的时候，在来自宇宙空间冲击波的作用下，相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一 起，星际云本来是透明的，但由于原子靠近在一起，微弱的星光不再能穿透通过，这时星际 云 变成了暗星云．冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数，有些地 方含有比平均数略少的原子数，含原子数多的地方引力大，会把附近的原子吸引过来． 以这种方式，星际云开始瓦解成团块或球状体．

球状体是不稳定的，在引力作用下球状体开始收缩，变得越来越小，其核心的压力越来越大，温度也随之不断上升．当温度上升到一定程度后，它内部深处的气体开始发光，这时球状体不再是暗黑的了，它已转变为一颗原恒星．原恒星继续 收缩，当原恒星中心的温度达到一千万度时，氢燃烧了，4个氢原子核结合 在一起生成了氦核，这就是我们常说的热核反应(氢核聚变)．在这个过程中，减少的质量转换为纯粹的能量．由于氢燃烧释放出巨大的能量，原恒星最终能支撑住它的外层质量，于是收缩停止了，一颗恒星由此诞生了．

二、恒星的演化

以太阳为例来说明恒星的演化．大家都知道，太阳能够发光的原因是因为它在不断地进行热核反应释放出巨大的能量，我们看到的光就是太阳热核反应放出的能量．每一秒钟，在太阳的中心有6 亿吨氢转换成氦，释放出的巨大能量一方面向外界释放，另一方面用来支撑自己外层的巨大 质 量．随着时间的推移，太阳中心氦的数量越来越多，而氢的供应越来越少，直到某一天氢用完了，燃烧便中断了．由于不再有能量向外流出，太阳的核心部分在引力作用下变得不稳定 ，无力支撑住自己的质量，所以含有丰富氦的太阳核心开始收缩，太阳中心的压力和温度迅 速 增加，使核心以外的各层被加热．由于太阳核心与表面之间的各壳层仍然包含充裕的氢，在 经过比较 短的时间以后，收缩的核心上面的温度达到400万开左右，这个温度高到可使围绕太阳核心的一个壳层内的氢燃烧，同时，核心的这种收缩把大量的引力能转换成热能，把太阳大气向外推 出．

随着壳层氢燃烧的开始，太阳突然有了新的热核反应能源．太阳无活力核心的不断收缩和这种 新的向外大量供应能量，造成太阳发生巨大的膨胀．由于太阳的结构要保持与这种新能源的平衡，所以太阳的外层越来越向外扩展．大气膨胀就会引起自身温度降低，最终太阳的表面 温度降低到4000开．温度为4000开的物体发出的主要是红色的光，此时的太阳就变成了一颗红巨 星．变成红巨星的太阳将变得很大，它将吞没地球，地球将化为蒸气．

在太阳外层膨胀和冷却的同时，无活力的核心压缩也在进行，太阳内部深处的温度升到新的高度．最后，太阳中心的氦原子核在1亿度的高温下，以高速相互碰撞的形式而熔合成碳和氧，于是出现氦燃烧的新的热核反应．氦燃烧所产生的新的能量输出，阻止了恒星核心的进一步 收缩．当氦耗尽时，便到了类似太阳这样的恒星的生命发展的最后阶段．由于没有能力点燃任何新的热核反应，所以恒星会一直收缩，直到体积与地球大小差不多，这时，太阳就变成了一颗白矮星．

三、恒星的死亡

从现在起再过50亿年，太阳就会变成一颗白矮星而终结自己的恒星历程．白矮星的体积不会再继续缩小．印度天体物理学家钱德拉塞卡发现，是“电子简并压力”支撑住了死亡的恒星，使白矮星不再继续收缩．这种简并压力并不是无限强大的，电子简并压力所支撑 的物质总量有一个上限，这个很重要的上限是１．４个太阳质量．换句话说，只有那些残骸 质量小于１．４个太阳质量的恒星才能变成白矮星，白矮星的密度值一般是每立方厘米60吨 ．

如果恒星遗骸的质量大于１．４个太阳质量的话，由于电子简并压力无法支撑住这个质量的压力，不得不继续收缩，这时出现了“中子简并压力”．这种强大的压力随即有力地抗拒 任何进一步的 挤压，这时，恒星的遗骸就被压成了一颗中子星．同样，中子简并压力不可能支撑住大于3个太阳质量的燃余恒星物质，因而所有中子星包含的物质必定小于3个太阳的质量．中子星的密度值一般是每立方厘米6亿吨．

自然界里，有许多恒星有巨大的质量，有些星系甚至包含40或50个太阳质量的物质．这类恒星的遗骸很有可能大于3个太阳质量，这类恒星的遗骸是电子、中子简并压力所无法支 撑的．自然界中没有任何力量能支撑住它们，因此，在严酷无情的引力作用下它们只能不停 地收 缩．成万亿吨的燃余恒星物质的无比巨大质量从四面八方向里挤压，使这颗星变得越来越小，这颗恒星就这样从宇宙中消失了，遗留下来的东西被称为黑洞．它由一个奇点(单一的点)和视界组成．

黑洞以贪婪的、永无满足的方式吞噬东西，物体一旦掉进黑洞就永远从我们的宇宙中移去了．因为这种物体不再是我们宇宙的一部分，所以它的许多特性便再也检测不到．加到黑洞 上去的不管是1公斤白金，1公斤氢，或者1公斤有生命的组织，我们只把它看作是加上去1公斤质量，并不考虑在此之前它是什么东西．