恒星是由什么物质组成的?

时间:2021-06-18 09:55:45   作者:
恒星是由什么物质组成的?所有自然形成的恒星都是以氢为主(其余大部分是氦,剩下的只有1%是其他元素)。即使是所谓的超高金属丰度恒星(那些比H和He重的元素百分比最高的恒星)也只有5%的金属,加上25%的He,因此仍然是70%的氢。

当你读到恒星一直在将氢转化为氦,然后氦转化为更重的元素时,在几乎整个宇宙的历史中,你可能会认为,到现在为止,我们的恒星中大部分都是更重的元素。这是错误的,原因有几个。

恒星是由什么物质组成的?

首先,在恒星的生命周期结束时,大多数恒星仍然只是将一部分原始氢转化为氦,将一部分氦转化为更重的元素,因此仍然主要由氢和氦组成。

其次,你可能会认为,较重的元素会随机或经过某些过程,偶尔聚集在一起,形成恒星形成区,在那里它们比氢更丰富,从而形成恒星,主要是较重的元素。但目前还没有已知的过程可以使它们以这种方式区分。是的,有“巨大的分子云”,有很多分子和星际尘埃——但这些分子大多是氢分子,尘埃仍然只是它们总质量的一小部分。

同样,当星云的一部分开始坍塌形成恒星时,没有已知的分化过程会导致形成恒星的部分优先使用较重的元素,而留下氢。换句话说,恒星的成分,以及不进入恒星的气体,都与它们最初形成的星云几乎相同。

所以下一个问题是,一颗恒星能进化成比氢更重的元素吗?当它们将氢转化为氦,更大的恒星将氦转化为碳,更大的恒星转化为更重的元素(甚至是铁元素),它们最终会将大部分的氢转化为更重的元素吗?答案(大部分)是否定的。

我在上面基本上已经说过了,但很多人觉得这很令人惊讶,因为你经常会读到,恒星会一直处于主序状态,直到它们耗尽核心的氢供应,然后开始聚变氦。但请注意这并没有消耗掉核内所有的氢,只是将浓度降低到氢聚变无法有效进行的程度,这只存在于核内;恒星的外部部分仍然主要是氢,因为这两部分不太混合。

即使在红巨星阶段之后,氦元素转化为更重的元素,核心周围的壳层仍将氢元素转化为氦元素,这仍然是正确的:氢元素比其他所有元素加起来还要多。直到白矮星和行星状星云形成的那一刻,这一点一直都是正确的。

例外的是红矮星(实际上是大多数恒星,所以我猜更多的是规则而不是例外),它们是“完全对流的”:恒星的核心和外部部分混合,这意味着更多的氢最终会到达核心并聚变成氦。它们不会膨胀到红巨星阶段,也不会脱落外层,这意味着在生命结束时,它们会将大部分氢转化为氦,最终成为一颗氦白矮星。

然而,值得注意的是,红矮星的寿命非常长,比宇宙当前的年龄要长得多,因此它们实际上还没有一个年龄达到这个阶段。
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