主序星
恒星以內(nèi)部氫核聚變?yōu)橹饕茉吹陌l(fā)展階段就是恒星的主序階段.處于主序階段的恒星稱為主序星.主序階段是恒星的青壯年期,恒星在這一階段停留的時(shí)間占整個(gè)壽命的90%以上.這是一個(gè)相對穩(wěn)定的階段,向外膨脹和向內(nèi)收縮的兩種力大致平衡,恒星基本上不收縮也不膨脹.恒星停留在主序階段的時(shí)間隨著質(zhì)量的不同而相差很多.質(zhì)量越大,光度越大,能量消耗也越快,停留在主序階段的時(shí)間就越短.例如：質(zhì)量等于太陽質(zhì)量的15倍、5倍、1倍、0.2倍的恒星,處于主序階段的時(shí)間分別為一千萬年、七千萬年、一百億年和一萬億年.
目前的太陽也是一顆主序星.太陽現(xiàn)在的年齡為46億多年,它的主序階段已過去了約一半的時(shí)間,還要50億年才會轉(zhuǎn)到另一個(gè)演化階段.與其他恒星相比,太陽的質(zhì)量、溫度和光度都大概居中,是一顆相當(dāng)?shù)湫偷闹餍蛐?主序星的很多性質(zhì)可以從研究太陽得出,恒星研究的某些結(jié)果也可以用來了解太陽的某些性質(zhì).
紅巨星與紅超巨星
當(dāng)恒星中心區(qū)的氫消耗殆盡形成由氦構(gòu)成的核球之后,氫聚變的熱核反應(yīng)就無法在中心區(qū)繼續(xù).這時(shí)引力重壓沒有輻射壓來平衡,星體中心區(qū)就要被壓縮,溫度會急劇上升.中心氦核球溫度升高后使緊貼它的那一層氫氦混合氣體受熱達(dá)到引發(fā)氫聚變的溫度,熱核反應(yīng)重新開始.如此氦球逐漸增大,氫燃燒層也跟著向外擴(kuò)展,使星體外層物質(zhì)受熱膨脹起來向紅巨星或紅超巨星轉(zhuǎn)化.轉(zhuǎn)化期間,氫燃燒層產(chǎn)生的能量可能比主序星時(shí)期還要多,但星體表面溫度不僅不升高反而會下降.其原因在于：外層膨脹后受到的內(nèi)聚引力減小,即使溫度降低,其膨脹壓力仍然可抗衡或超過引力,此時(shí)星體半徑和表面積增大的程度超過產(chǎn)能率的增長,因此總光度雖可能增長,表面溫度卻會下降.質(zhì)量高于4倍太陽質(zhì)量的大恒星在氦核外重新引發(fā)氫聚變時(shí),核外放出來的能量未明顯增加,但半徑卻增大了好多倍,因此表面溫度由幾萬開降到三、四千開,成為紅超巨星.質(zhì)量低于4倍太陽質(zhì)量的中小恒星進(jìn)入紅巨星階段時(shí)表面溫度下降,光度卻急劇增加,這是因?yàn)樗鼈兺鈱优蛎浰馁M(fèi)的能量較少而產(chǎn)能較多.
預(yù)計(jì)太陽在紅巨星階段將大約停留10億年時(shí)間,光度將升高到今天的好幾十倍.到那時(shí)侯,地面的溫度將升高到今天的兩三倍,北溫帶夏季最高溫度將接近100℃.
大質(zhì)量恒星的死亡
大質(zhì)量恒星經(jīng)過一系列核反應(yīng)后,形成重元素在內(nèi)、輕元素在外的洋蔥狀結(jié)構(gòu),其核心主要由鐵核構(gòu)成.此后的核反應(yīng)無法提供恒星的能源,鐵核開始向內(nèi)坍塌,而外層星體則被炸裂向外拋射.爆發(fā)時(shí)光度可能突增到太陽光度的上百億倍,甚至達(dá)到整個(gè)銀河系的總光度,這種爆發(fā)叫做超新星爆發(fā).超新星爆發(fā)后,恒星的外層解體為向外膨脹的星云,中心遺留一顆高密天體.
金牛座里著名的蟹狀星云就是公元1054年超新星爆發(fā)的遺跡.超新星爆發(fā)的時(shí)間雖短不及1秒,瞬時(shí)溫度卻高達(dá)萬億K,其影響更是巨大.超新星爆發(fā)對于星際物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)鍵影響,這些物質(zhì)又是建造下一代恒星的原材料.
超新星爆發(fā)時(shí),爆發(fā)與坍塌同時(shí)進(jìn)行,坍塌作用使核心處的物質(zhì)壓縮得更為密實(shí).理論分析證明,電子簡并態(tài)不足以抗住大坍塌和大爆炸的異常高壓,處在這么巨大壓力下的物質(zhì),電子都被擠壓到與質(zhì)子結(jié)合成為中子簡并態(tài),密度達(dá)到10億噸/立方厘米.由這種物質(zhì)構(gòu)成的天體叫做中子星.一顆與太陽質(zhì)量相同的中子星半徑只有大約10千米.
從理論上推算,中子星也有質(zhì)量上限,最大不能超過大約3倍太陽質(zhì)量.如果在超新星爆發(fā)后核心剩余物質(zhì)還超過大約3倍太陽質(zhì)量,中子簡并態(tài)也抗不住所受的壓力,只能繼續(xù)坍縮下去.最后這團(tuán)物質(zhì)收縮到很小的時(shí)候,在它附近的引力就大到足以使運(yùn)動最快的光子也無法擺脫它的束縛.因?yàn)楣馑偈乾F(xiàn)知任何物質(zhì)運(yùn)動速度的極限,連光子都無法擺脫的天體必然能束縛住任何物質(zhì),所以這個(gè)天體不可能向外界發(fā)出任何信息,而且外界對它探測所用的任何媒介包括光子在內(nèi),一貼近它就不可避免地被它吸進(jìn)去.它本身不發(fā)光并吞下包括輻射在內(nèi)的一切物質(zhì),就象一個(gè)漆黑的無底洞,所以這種特殊的天體就被稱為黑洞.黑洞有很多奇特的性質(zhì),對黑洞的研究在當(dāng)代天文學(xué)及物理學(xué)中有重大的意義.