1、恒星質(zhì)量對(duì)恒星演化的影響在浩瀚的夜空中，可以觀測(cè)到各種類型的恒星:有溫度很高、 顏色發(fā)白或發(fā)藍(lán)的早型星;有體積很大、顏色發(fā)紅的紅巨星;有亮 度和半徑會(huì)周期變化的變星;有體積很小、十分暗弱但顏色發(fā)白 的白矮星;還有成雙在一起,互相繞轉(zhuǎn)的雙星等等.這些不同類型 的恒星，它們內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能,如溫度、密度、壓強(qiáng)和化學(xué)組成的 分布如何？在它們的內(nèi)部會(huì)發(fā)生哪些物理過程？是什么原因使它 們發(fā)光,同時(shí)又使它們演變成為具有各種不同特性的恒星？這些 都是恒星結(jié)構(gòu)和演化理論所要研究的內(nèi)容.人們通過對(duì)恒星各種 物理參數(shù)進(jìn)行大量觀測(cè)和積累后,發(fā)現(xiàn)了恒星的/赫羅圖0.在恒星 的赫羅圖中，各類恒星的分布顯現(xiàn)出一些特殊的規(guī)律

2、.于是，恒星 赫羅圖中的各種規(guī)律就成為目前用于檢驗(yàn)恒星結(jié)構(gòu)和演化理論 是否正確的重要工具之一.不同大小和顏色的恒星，實(shí)際上處于恒星演化的不同階段.宇宙誕 生的初期，到處均勻分布著主要由氫和氦組成的氣體，在萬有引力 的作用下氣體聚集成團(tuán)，形成星體.聚集過程中它們的引力勢(shì)能轉(zhuǎn) 化為熱能，使原本很冷（溫度約100 K）的物質(zhì)溫度升高，如果聚集 成星體的氣體物質(zhì)很多，多到相當(dāng)于太陽質(zhì)量，1 99x 1。 或大于太陽質(zhì)量,引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成的大量熱能可使星體內(nèi)部溫度 升高到107 K,從而點(diǎn)燃星體中氫的聚變反應(yīng).這時(shí)，一顆發(fā)光發(fā)熱 的恒星就誕生了.恒星中氫聚變生成氦的熱核反應(yīng)，可以維持幾十 到幾百億年，這時(shí)

3、，恒星處在一個(gè)長期穩(wěn)定的階段，這個(gè)時(shí)期約占 恒星壽命的99%.這樣的恒星在赫羅圖中位于從左上方到右下方 的主星序，稱為主序星.恒星在主星序上的位置由它的質(zhì)量決定. 主星序左上方的星質(zhì)量較大，最大可到1。1/ . （ .】/ 為太陽質(zhì) 量）.右下方的星質(zhì)量較小，最小不低于0. 1】/ .小于0. 11/ .的星體, 點(diǎn)燃不了氫的聚變反應(yīng).處于主序星階段的恒星，在主星序上的位 置基本不移動(dòng),直至氫的聚變反應(yīng)結(jié)束，恒星離開主星序?yàn)橹?我 們的太陽就是這樣一顆主序星，它的中心溫度高達(dá)L5 x 10一匕， 壓強(qiáng)達(dá)到3000億個(gè)大氣壓，那里正進(jìn)行著猛烈的熱核反應(yīng).太陽 在主序星階段的壽命約為100億年,現(xiàn)

4、在已經(jīng)在主序星階段燃燒 了 50億年,目前正處在它的中年時(shí)期.當(dāng)恒星中心部分的氫全部燃燒掉之后，恒星中部的熱核反應(yīng)就停止了，這時(shí)萬有引力戰(zhàn)勝了熱排斥，星體開始收縮.由于恒星表面 的溫度遠(yuǎn)低于中心部分（例如太陽中心部分溫度為1 乂 1。K, 而表面溫度只有6 000K）,那里還不曾發(fā)生過氫合成氦的熱核反應(yīng). 這時(shí)，隨著星體的塌縮，恒星外層的溫度開始升高，那里的氫開始 燃燒，這就導(dǎo)致恒星外殼的膨脹.外殼的膨脹和中心部分的收縮同 時(shí)進(jìn)行，中心部分在收縮中溫度升高到108K,開始點(diǎn)燃一種新的熱 核反應(yīng)，氦聚合成碳，再合成氧，這些熱核反應(yīng)短暫而猛烈，像爆炸 一樣，稱為“氦閃”.這種過程大約經(jīng)歷100萬年

5、，在整個(gè)天體演化 中，這是一個(gè)很短的“瞬間”.此后幾億年中，恒星進(jìn)入一個(gè)短暫的 平穩(wěn)期.當(dāng)中心部分的氦逐漸燃燒完之后，外層氫的燃燒不斷向更 外部擴(kuò)展，星體膨脹得越來越大,膨脹到原來的10億倍.由于外殼 離高溫的中心越來越遠(yuǎn)，恒星表面的溫度逐漸降低，從黃色變成紅 色.關(guān)于恒星是由星際云坍縮而形成的理論已為許多天文觀測(cè)事實(shí) 所證實(shí).例如可以觀測(cè)到質(zhì)量大和光度高的年輕的恒星都集中于 銀河系的旋臂中，周圍充滿了星際云，同時(shí)，與恒星有成群、成團(tuán)的 性質(zhì)相同，星際云也是成群、成團(tuán)的.現(xiàn)在，人們可以直接觀測(cè)到， 有些星際云中密度很大的局部區(qū)域，正在逐漸發(fā)亮形成恒星. 小質(zhì)量星的演化給出一顆小質(zhì)量星在赫羅圖中

6、的演化軌跡示意圖.由圖可以將它 的演化全過程分為幾個(gè)階段:主序、紅巨星分支、水平分支、AGB 分支和白矮星分支.但不是所有小質(zhì)量星都能經(jīng)歷上述各個(gè)演化 階段.一般地說，質(zhì)量越小的星越難經(jīng)歷上述全部過程.于是氦核 質(zhì)量不斷增大，而同時(shí)又向內(nèi)縮小.因此氦核內(nèi)的密度越來越大. 中等質(zhì)量星的演化 中等質(zhì)量恒星在赫羅圖中的演化軌跡.可以將它的演化全過程分 為幾個(gè)階段:主序階段、跨越赫羅圖中的空隙區(qū)階段、氦燃燒階 段和AGB階段.在這個(gè)階段中，氫燃燒殼層內(nèi)的氦核向內(nèi)收縮，而 氫燃燒殼層外部的外殼則向外膨脹.中等質(zhì)量星的演化結(jié)局：質(zhì)量小于6T財(cái)毛的 中等質(zhì)量星,ACB階段的中心C- 0核是電子簡并 的,其質(zhì)

7、量小于Vs并且斐燃燒殼層也不能使 J/州*自演化成為C-H白哆星.質(zhì)量大于8財(cái)七的中等質(zhì)量星，氮燃燒殼層可以 仙AR增大達(dá)到肘,從而伸筒并C- 0楊收縮時(shí)漏大質(zhì)量星的演化首先，大質(zhì)量星在赫羅圖中的分布出現(xiàn)兩個(gè)特殊性質(zhì)（見圖5）:其 一是存在一個(gè)光度的上邊界，又稱HD極限，即在HD極限的上方 極少有大質(zhì)量星存在.其次，可以看出，大質(zhì)量星的主序非常寬.這 一事實(shí)也和質(zhì)量守恒的恒星演化理論相矛盾.根據(jù)質(zhì)量守恒的演 化理論，大質(zhì)量星的演化軌跡可以穿過HD極限進(jìn)入其上方區(qū)域. 因此，不應(yīng)該存在HD極限.大質(zhì)量星的另一個(gè)重要特性是有強(qiáng)大 的星風(fēng)物質(zhì)損失.星風(fēng)物質(zhì)損失可以使大質(zhì)量星在演化過程中將 其外殼大部

8、或全部損失掉，暴露出內(nèi)部的核.此外,在有星風(fēng)物質(zhì) 損失時(shí)，大質(zhì)量星可以在氫或氦燃燒階段將大部或全部外殼物質(zhì) 丟失掉.當(dāng)大質(zhì)量星的演化軌跡向藍(lán)方向運(yùn)動(dòng)到超過主序后，變 為沃爾夫-拉葉星（這種星的內(nèi)部幾乎都是由氦組成），并且中心核 開始氦燃燒,這以后的演化軌跡又轉(zhuǎn)向右朝紅方向運(yùn)動(dòng).大質(zhì)量星 的最終結(jié)局是演變?yōu)槌滦?恒星演化的最后階段恒星的演化主要由它內(nèi)部的熱核燃燒所決定，恒星內(nèi)部的熱核燃 燒可能經(jīng)過如圖7所示的演化過程.如果一顆恒星能夠經(jīng)歷如圖7 所示的所有核燃燒過程,則它的最后演化階段將成為超新星，并且 爆炸后可能會(huì)遺留下一中子星或黑洞.如果恒星不能夠經(jīng)歷如圖 7所示的所有核燃燒過程,僅僅在某一種核燃燒過程后便終止，則 恒星最后演化階段將是白矮星.決定恒星能否經(jīng)歷如圖7所示的 所有核燃燒過程的因素，主要是恒星的初始質(zhì)量的大小.在上節(jié)中 已經(jīng)指出，初始質(zhì)量小于&訂的恒星最