恒星如何形成的？

1. 恒星如何形成的？

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   问题描述: 
  
 我想知道太阳是如何形成的？
 
   解析: 
  
 构成恒星的物质
 
  星云是构成恒星的物质，但真正构成恒星的物质量非常大，构成太阳这样的一颗恒星需要一个方圆900亿千米的星云团。从星云聚为恒星的过程可分为快收缩阶段和慢收缩阶段。前者历经几十万年，后者历经数千万年。星云快收缩后半径仅为原来的百分之一，平均密度提高1亿亿倍，最后形成一个“星胚”。这是一个又浓又黑的云团，中心为一密集核。此后进入慢收缩，也叫原恒星阶段。这时星胚温度不断升高，温度升高到一定的程度就要闪烁发光，以示其存在，并步入恒星的幼年阶段。但这时恒星尚不稳定，仍被弥漫的星云物质所包围着，并向外界抛射物质。
 
 恒星的肖像
 
  
 
  在静寂的夜空中，人们看到天上的星星都是闪的，除了大小和亮暗之外没有区别。事实上是不是这样呢?当然不是，每颗恒星都有自己的独特相貌。早在中国的汉代，我们
 
 充满智慧的祖先，通过细心观察，已经把恒星分成白、赤、黄、苍、黑5种颜色。1665年，英国的牛顿利用三棱镜发现了太阳的连续光谱，从而知道日光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种不同颜色的光混合而成的。 
 
 打开恒星相貌奥秘的“钥匙”
 
  1814年，德国的夫琅和费用分光仪作太阳光谱的研 究。他们在暗室的百叶窗上开了一条狭缝，让太阳光通过 狭缝照射到一块棱镜上，棱镜后面则是一架小望远镜。夫 琅和费通过小望远镜，惊奇地发现太阳的“七色彩带”样的光谱中又出现了许多条暗线。经过反复计数，这样的暗 线共有567条之多。根据前人的几项发现，我们已经逐渐 了解恒星的真实肖像。恒星颜色的不同，表明各个恒星温度不同，比如白色温度高，红色温度低，所以说光谱是了解恒星的“钥匙”。

2. 为什么恒星的形成过程可以影响整个星系的演化？

星系的演化与恒星形成过程有关
事实上，宇宙中客观存在的所有物质形态，都会因为时空的变化而发生改变，而一个星系的演化便主要体现在它的光度、密度和其他特征量的变化上。众所周知，当我们将一个存在体称作星系的时候，那就说明该物体至少存在两个以上（包含两个）星体，并且，它们的运动方式也是规律的围绕着同一个中心进行旋转。

简而言之，像银河系这样有“中心”，并有多个物质形成的星体围绕该中心旋转的存在体，便是所有星系的共有属性。当然，一个星系也是从形成之日开始，它就从未停止各个演化阶段的更替，而恒星的形成过程便是推动星系演化的重要部分。并且，恒星的诞生往往又不只取决于星系内的环境，同时还与星系间的某些事件有关。
或许有不少人都不了解，虽然星系之间发生的碰撞事件是宇宙演化的一部分，但这一过程同时还促进了星系自身的生长，并导致了星系中新一轮恒星形成过程的发生。而从本质上来讲，这是因为星系中有了新注入的尘埃和气体。那么，分别位于银河系内外区域的恒星形成过程，它们又对星系演化起到了怎样的作用呢？

银河系内恒星的形成-从猎户座星云到OB恒星的分布
相信不少人都有所涉猎，星云往往是恒星大量形成的地方，我们经常将其称为“恒星苗圃”。而位于我们银河系之内的猎户座星云，其恒星的形成过程正在活跃地进行着。并且，亮度大、质量大和寿命较短都是它们具有的一致特征。
对于我们人类来说，或许一百万年是一个很长的时间段，但如果将其至于宇宙的时间尺度上，那这些恒星消失的速度则很快，以至于它们都来不及在自己的诞生地徘徊。但也正由于它们属性中的亮度值较大，所以，这才让研究人员更容易观测到它们的存在。

位于银河系中的OB恒星的分布，对星系的演化也起到了重要的推动作用。
在之前的很长一段时间里，人们一直对为何有如此多的明亮恒星位于夜空之中感到疑惑。直到一位叫做本杰明·古尔德的天文科学家在对OB恒星进行研究后才发现，原来这些明亮恒星中的很大一部分，它们都与银河系平面保持着大约20度的位置关系，而它们的位置就在银河系的部分环内。于是，璀璨星空的谜团就此揭开，并将其称为古尔德带。
然而，时至今日，我们也尚未弄清古尔德带是因为什么原因形成的。由于一些与古尔德带相似的恒星形成带，科学家们也曾在其他星系中观测到类似结构。所以，曾有不少科学家猜测，古尔德带始于银河系中分子与暗物质的碰撞过程。简而言之，位于银河系中的特殊恒星形成区域古尔德带，它的诞生应该源于暗物质碰撞。

上图所示信息为：诞生原因成谜、位于银河系之中的古尔德带地区
然而，从科学家们对“盖亚数据”进行分析得出的研究结果来看，位于银河系中的古尔德带，它的形成并非之前大家以为的那么简单。在新的研究过程中，研究人员还对位于该地区内的恒星位置，以及活动情况进行了详细绘制，并形成了一副包含星际气体和尘埃的3D地图：
1.关于古尔德带的准确位置，它的跨越宽度达到了9000光年左右，而它分别在银河平面上下区域的起落距离，也都在500光年左右；
2.位于古尔德带的恒星苗圃，其排列结构并未遵循常见的环形特征，而是一个狭窄的正弦曲线区域；
3.像灯丝一样的复杂结构，对古尔德的某些特征进行了掩盖，而呈现出的这种涟漪效应，似乎预示着某些外部物质与我们的星系发生了碰撞。

通过盖亚号航天器捕获到的数据，科学家们对银河系中十亿颗以上的恒星进行了绘制。
为什么银河系外的存在体会导致星系内形成恒星？
结合现有研究数据来看，我们的银河系很可能在之后的时间里与大小麦哲伦星云，以及仙女座星系发生合并事件。而那些在我们银河系郊区范围内所形成的恒星，科学家们认为很可能是始于银河系和其他矮星系发生合并所导致的结果。比如，一个位于银河系晕圈外围的年轻星团Price-Whelan 1。

星系碰撞事件并不罕见，人马座矮星系和原始银河系的碰撞证据被盖亚任务发现。
事实上，由于恒星之间的实际距离较远，而它们在天空中的位置又呈现出聚集的特征，所以即便是科学家们也需要耗费一番功夫，才能确定该恒星团是否位于银河系的范围之内。而且，即便是当时位置比较接近的恒星，它们也可能会在之后的时间里往不同方向进行移动。
所以，科学家们也需要借助天体测量法（恒星位置随着时间的递进发生了怎样的变化），来确定哪些恒星是真实聚集在一起的。在过去的数年时间里，盖亚任务已经收集到了17亿个天体的数据，其中包括了它们的距离、运动和位置等信息。虽然，在这个观测过程中曾出现了好几个年轻恒星集群，但需要将其中已知的部分排除。而位于银河系远郊、拥有1.17亿年左右年龄的年轻恒星团Price-Whelan 1被最终确认。

通过复杂的天体测量法和数年时间的观测，年轻星团Price-Whelan 1的位置得到确认。
虽然，年轻星团Price-Whelan 1内所包含的恒星数量不到数千颗，甚至比我们银河系中已知的所有年轻恒星都要遥远，但它们却对银河系的外部区域带来了很大的影响。而且，位于银河系光晕中的Price-Whelan 1星团，其位置并不在银河系的旋臂上。尽管它的质量很大，但亮度却比位于旋臂上的恒星昏暗得多。
与此同时，在这个银河系的外部区域，同时还存在着一条天然气河，科学家们将其称为麦哲伦流，而向着银河系方向延伸、形成LMC和SMC最外边缘的正是它。并且，金属贫乏的麦哲伦流，明显不同于该区域的其他气体云。在之后的时间里，研究人员对位于该星团中的亮度最大的27颗恒星进行了金属含量的分析，并得出了其金属特征的构成情况与麦哲伦星系相似的结果。

通过盖亚任务对大麦哲伦星云的观测，我们知道了它是与银河系距离最近的星系之一。
科学家们在结合现有数据和分析之后得出结论，Price-Whelan 1星团的形成，跟麦哲伦流中气体穿过银河系的光环有关。简而言之，由于我们的银河系本身就存在引力，当气体穿过银河系光晕的时候便产生了阻力。并且，这股力量的强度达到了可以让气体被压缩至坍缩，从而导致了新恒星的形成。在之后的时间里，恒星又逐渐的移动到气流之前，然后进入了外银河系，从而导致了银河系内恒星数量的增加。
不同区域形成的恒星如何作用于银河系的演化？
不同于其他星系，银河系、太阳系和我们人类生活的地球，彼此刚好是包含和被包含的关系。除了对宇宙未知领域的好奇之外，我们更关心自己所在的世界将会在之后的时间里经历怎样的演化。而预知未来的唯一途径，便是了解其曾经经历了怎样的演化，尤其是其重要组成部分恒星的变化情况。

毋庸置疑，虽然一个星系中包含了很多物质形态，但恒星这样的存在体又在星系的演化中扮演了重要角色。在人类对宇宙的认知还很局限的时期，我们曾以为恒星的形成只不过是简单引力过程的作用结果。但是，通过长期以来的探索和分析，我们知道了恒星的形成过程，其实是很多相互作用所共同导致的结果。
比如，当星系内一颗恒星形成的时候，如果它同时还通过星际介质发出了冲击波，那么，这一现象又可能会导致其他恒星的形成。而不管是矮星系和银河系之间的合并过程，还是超星系和银河系之间的碰撞事件，也都有可能会导致银河系内形成新的恒星，或新形成的恒星移动到银河系的范围之内。

如果我们人类想对银河系的演化有足够了解，这就要求我们不仅要关注银河系内的一切变化，同时还是密切观测其附近区域的情况。比如，我们对年轻星团Price-Whelan 1的研究，便让我们对银河系和麦哲伦流之间的距离得到了有效限制。即：银河系和麦哲伦星系的边缘距离应该在9万光年左右，这让我们对银河系演化的理解又更进了一步。
因为，在这一项研究结果出来之前，我们曾预测麦哲伦星系的边缘，与我们的银河系大约相距18万光年左右。与此同时，年轻星团Price-Whelan 1的确认，还揭示了古老的银河系是否曾与麦哲伦星云发生过碰撞：这两个天体不管是在过去，还是之后，都不太可能发生正面碰撞，而是在彼此交换物质的过程中逐渐合二为一。

简而言之，如果麦哲伦流与我们银河系前臂之间的距离更近，这便意味着麦哲伦星云与银河系之间的合并事件，会发生的比我们当前模型所预测的时间更提前。事实上，现阶段银河系内气体的消耗和补充速度本就不平衡，而这些因为合并而进入星系的多余物质，也就是这些被并入银河系的气体和尘埃，将会导致银河系内形成更多的恒星。

3. 恒星最后会演化到哪几种星体?

最终形态的话：黑矮星、中子星、黑洞。

以下资料来自百度百科，作为科普还是可以的。
小质量的恒星（如太阳），起先会膨胀，在这个阶段的恒星我们称之为红巨星，然后会塌缩，变成白矮星，辐射、丧失能量，再成为黑矮星，最终消失。
大质量的恒星，≥7个太阳密度（8→10M⊙<M）的恒星则会变成超新星（Super nova），它会选择以超新星爆发的形式结束生命，最终会成为中子星或黑洞（古代有记载， 由于超新星光量大，一颗超新星爆发，连续几个月都可以在晚上看书）
一旦停止了核燃烧，恒星必定要发生引力收缩，这是因为恒星内部维持力学平衡的压力是与它的温度相联系的。最终"的平衡位形，它必须是一个"冷的"平衡位形，即它的压力与它的温度无关。
主序星核心H耗尽后，离开主序是阶段开始了它最后的历程。结局主要取决于质量。对于质量很小的星体由于质量小，物体内部的自引力并不重要，固体内部的平衡是正负离子间的净库仑引力于电子间的压力来达到平衡的。
当星体质量再大些，直到自引力不可忽略时，这时自引力加大了内部的密度和压力，压力的加大是物质发生压力电离，从而逐渐是固体的电约束瓦解，而过渡为等离子气体。加大质量，即加大密度，此时压力于温度无关，从而达到一种"冷的"平衡位形，等离子体内电子的动能一大足以在物质内部引起β衰变：
这里p是原子核中的质子，这样的反应大致在密度达到108 g. cm-3的时候，它将逐渐地是负离子体中的原子核变为富中子核，原子核中出现过多的中子，导致核结构松散，当密度超过4×1011g. cm-3是中子开始从原子核中分离出来，成为自由中子，自引力于中子间压力达到平衡。如果当质量变大使中子气体间压力已不能抵御物质自引力，而形成黑洞，但由于大多数恒星演化后阶段使得质量小于它的初始质量，例如恒星风，"氦闪光"，超新星爆发等，它们会是恒星丢失一个很大的百分比质量，因此，恒星的终局并不是可以凭它的初始质量来判断的，它实际上取决于演化的进程。那么我们可以得出这样的结论。8→10M⊙以下的恒星最终间抛掉它的一部分或大部分质量而变成一个白矮星。8→10M⊙以上的恒星最终将通过星核的引力塌缩而变成中子星或黑洞，也就是说，塌缩的内核质量在太阳1.44倍——到3.2倍的恒星，最终成为中子星，塌缩的内核质量在太阳3.2倍以上的恒星，最终成为黑洞。

4. 恒星的演变过程 从生成到毁灭

恒星的演化

（1）1926年，爱丁顿指出，任何恒星内部一定非常热。因为恒星的巨大质量，其引力非常强大。如果这颗恒星要不坍缩，就必须有一个相等的内部压力与这种巨大的引力相平衡，我们知道我们最熟悉的恒星是太阳。与大多数恒星一样，太阳看上去是不变化的。然而事实并非如此。实际上太阳一直在与毁灭它的力做不停的斗争。所有恒星都是些靠引力维持在一起的气体球。如果唯一起作用的力只有引力，那么恒星会因自身巨大的重量很快向坍缩，要不了几小时便会消亡。没有发生这种情况的原因在于向内的引力被恒星内部压缩气体产生的向外的巨大压力所平衡了。

  50年代中期，佛莱德·霍伊尔，威廉·福勒和伯比奇夫妇首先研究了恒星的爆发理论。

  他们认为，气体压力与温度之间存在着一个简单的关系：一定体积的气体在受热时，压力以正比关系随温度而上升；反之，温度下降时压力也下降。恒星内部压力极大的原因在于温度高。这种热量是由核反应产生的。恒星的质量越大，平衡引力所需要的中心温度也就越高。为了维持这种高温，质量越大的恒星必须越快地燃烧，从而放出更多的能量，因此一定比质量小的恒星更亮。

  在恒星的大半生中，氢聚变成氦是为恒星提供能源的主要反应，这种反应要求很高的温度来克服作用于核之间的电斥力。聚变能可以使恒星维持几十亿年，不过核燃料迟早会越来越少，从而使恒星反应堆开始萎缩。发生这种情况时压力支撑台已岌岌可危，恒星在这场与引力的长期斗争中开始溃退。从本质上讲恒星已是在苟延残喘，只是通过调整它的核燃料储备来推迟引力坍缩的发生。但是，从恒星表面流出并进入太空深处的能量在加速恒星的死亡。

  依靠氢的燃烧估计太阳可以存活100亿年左右。今天，太阳的年龄约为50亿年，它消耗了一半左右的核燃料储备。今天我们完全不必惊慌失措。恒星消耗燃料的速度极大程度上依赖于它的质量。大质量恒星核燃料的消耗要比小质量恒星快得多，这是毫无疑问的，因为大质量星既大又亮，因而辐射掉的能量也就越多。超额的重量把气体压得很密，温度又高，从而加快了和局边的反应速度。例如，10个太阳的恒星在1千万年这么短的时间内就会把它的大部分氢消耗殆尽。

  大多数恒星最初主要由氢来组成。氢“燃烧”使质子巨变为氦核，后者由两个质子和两个中子组成。氢“燃烧”是最为有效的能源，但却不是唯一的核能源。如果核心温度足够高，氦核可以聚变成碳，并通过进一步的聚变生成氧、氖以及其他一些元素。一棵大质量恒星可以产生必要的内部温度——可达10亿度以上，从而使上面的一系列核反应得以进行。但随着每一种新元素的慢慢出现产能率下降。核燃料消耗得越来越快，恒星的组成开始逐月变化，然后逐日变化，最后每小时都在变化。它的内部就像一个洋葱，越往里走，每一层的化学元素以越来越疯狂的速度依次合成。从外部看来，恒星像气球那样膨胀，体积变得十分巨大，甚至比整个太阳系还大。这时天文学家称之为红超巨星。

  这条核燃烧链终于终止于铁元素，因为铁有特别稳定的核结构。合成比铁更重元素的核聚变实际上要消耗能量而不是释放能量。因此，当恒星合成了一个铁核，它的末日便来临了。恒星中心区一旦不能再产生热能，引力必然会占上风。恒星摇摇晃晃地行走在灾变不稳定的边缘，最后终究跌进它自己的引力深渊之中。

  这就是恒星内部所发生的事，而且进行得很快。由于恒星的铁核不可能再通过核燃烧产生热量，因而也就无法支撑它自身的重量，它便在引力作用下剧烈压缩，甚至把原子都碾得粉碎。最后，恒星核区达到原子的密度，这时一枚顶针的体积便可容纳近1万亿吨的物质。在这一阶段，恒星的典型直径为200公里，而核物质的坚硬性将引起恒星核区的反弹。由于引力的吸引作用极强，这种反弹力所经历的时间只有几毫秒。当这场戏剧性事件在恒星中心区展现之际，外围各层恒星物质在一场突发性的灾变中朝核区坍缩。数以万亿吨计的物质以每秒几万公里的速度向内暴缩，与正在反弹着的比金刚石更坚硬的致密恒星核区相遭遇，发生极为强烈的碰撞，同时穿过恒星向外发出巨大的激波。

  同激波一起产生的还有巨大的中微子脉冲。这些中微子是恒星在最后核裂变期间从它的内区突然释放出来的。在这次核裂变中，恒星内原子的电子和质子被紧紧地积压在一起而形成了中子，恒星核区实际上成了一个巨大的中子球。激波和中微子两者一起携带着巨额能量穿过恒星外部各层向外传递。被压缩了的物质的密度非常高，即使是极其微小的中微子也得费尽周折才能冲开一条出路。激波和中微子携带的能量有许多为恒星外层所吸收，结果导致恒星外层发生爆炸。接着是一场核浩劫，其剧烈程度是无法想象的。在几天时间内恒星增亮至太阳光的100亿倍，不过在经过几个星期后又逐渐暗淡下去。

  在像银河系这样的典型星系中，平均每百年出现2至3颗超新星，历史上天文学家对此已有记载，并深感惊讶。其中最著名的一个由中国和阿拉伯观测家于1054年在巨蟹座中发现的。今天，这颗已遭毁灭的恒星看上去就象一团很不规则的膨胀气体云，称为蟹状星云。

  （2）在研究恒星演化方面取得的另一个进展来自对球状星团中恒星的分析。一个星团中的恒星距离我们都差不多同样远，所以它们的视星等和它们的绝对星等成正比。因此，只要知道它们的星等，就可以绘制出这些恒星的赫－罗图。结果发现，较冷的恒星在主星序中，而较热的恒星似乎有离开主星序的倾向。它们依照燃烧速率的高低及老化的快慢，遵循着一条确定的曲线，显示出演化的各个阶段：首先走向红巨星，然后折返回来，再次穿过主星序，最后向下走向白矮星。

  根据这一发现，再加上某些理论论方面的考虑，霍伊耳绘制出了一幅恒星演化过程的详细图画。根据霍伊耳的观点，演化的早期，一颗恒星的大小或湿度变化很小。（我们的太阳现在正处在这种状态，并将维持很长的时间）因为恒星在其炽热的内部将氢转变为氦，所以在恒星的中心氦积累得越来越多。当这个氦核达到一定的大小，恒星的大小和温度开始发生剧烈地变化，体积急剧膨胀，表面温度降低。也就是说，离开主星序朝红巨星的方向运动。恒星质量越大，到达这个转折点就越快。在球状星团中，质量较大的恒星已经沿着这一途径走过了不同的演化阶段。

  膨胀后的巨星虽然温度较底，但因表面积比较庞大，所以释放出比较多的热量。在遥远的未来，当太阳离开主星序时，或在那之前，它可能会热得使地球上的生命无法忍受。不过，这将使几十亿年以后的事了。

  可是，氦核到底是如何膨胀成为红巨星的呢？霍伊耳认为，氦核本身收缩，结果温度升高，使氦原子核聚合成碳，从而释放出更多的能量。这种反应的确是可以发生的。这是一种非常罕见而几乎不可能发生的反应。但是红巨星中氦原子的数量十分庞大，所发生的这类聚合反应足以提供其所必需的能量。

  霍伊耳进一步指出，新的碳核继续变热，从而开始形成像氧和氖一类的更复杂的原子。在发生这一过程时，恒星正在收缩并再次变热，朝主星序返回。此时恒星开始变为多层，就像洋葱头一样。它有一个由氧和氖构成的核，核外面是一层碳，再外面是一层氦，而整个恒星由一层尚未转变的氢包围着。

  然而，与消耗氢的漫长岁月比较起来，恒星消耗其它燃料的时间就如同速滑雪橇一样飞驰而过。它的寿命维持不了多久，因为氦聚变等所释放的能量只有氢聚变的1／20而已。在一个比较短的时间内，保持恒星膨胀状态所需要的抗拒自身引力场强大引力的能量变得不足，从而使恒星更加快地收缩。它不仅收缩到正常恒星的大小，而且进一步收缩到白矮星的大小。

  在收缩当中，恒星的最外层会被留在原处，或被收缩而产生的热喷开。于是白矮星被包围在膨胀的气体层当中。当我们用望远镜观测时，边缘的地方看上去最厚，因此气体最多。这种白矮星好象是被“烟圈”环绕着。因为它们周围的烟圈好象是看得见的行星轨道，所以把它们叫做行星状星云。最后，烟圈不断膨胀而变得很薄，再也看不到了，我们看到的像天狼B星一类的白矮星周围就没有任何星云状物质的迹象。

  白矮星就是这样比较平静地形成的；而这种比较平静的“死云”正是像我们的太阳一类恒星和比较小的恒星未来的命运。而且，如果没有意外干扰的话，白矮星会无限延长寿命，在此期间，它们会漫漫冷却，直到最后再也没有足够的热度发光为止。

  另一方面，如果白矮星像天狼B星或南河B星那样是双星系统中的一颗，而另一颗是主星序的星，而且非常接近白矮星，那么将会有一些令人兴奋的时刻。主星序星在自己的演化过程中膨胀时，它的一些物质在白矮星强大引力场的吸引下，可能会向外漂移而进入白矮星的轨道。在偶尔的情况下，有些轨道物质会旋落在白矮星的表面，在那里受到引力压缩而引起聚变，从而放出爆发性的能量。如果有一块特别大的物质落到白矮星的表面，则放射出的能量可能大到从地球上都可以看到，于是天文学家便记录下有一颗新星出现。当然，这种事会一再发生，而“再发新星”确实是存在的。

  但是这些不是超新星。超新星是从哪里来的呢？为了回答这个问题，我们必须从比我们的太阳大得多的恒星谈起。这些巨大的恒星相当稀少（在各类天体中，大质量恒星的数目比小恒星的少），30颗恒星中大概只有1颗比太阳质量大。即使如此我们的银河系大约也有70亿颗恒星。

  大质量恒星引力场的引力比小恒星的大，在这种较强引力的作用下，其核也挤压得比较紧，因此核更热，聚变反应超越脚下恒星的氧－氖阶段后仍能继续进行。氖进一步结合形成镁，镁又能结合形成硅，然后硅再结合形成铁。在其寿命的最后阶段，这种恒星可能会由6个以上的的同心壳层组成。各自消耗不同的燃料。这时中心温度可达摄氏30亿——40亿度。恒星一旦开始形成铁，它就到达了死亡的终点，因为铁原子的稳定性最高而所含的能量最少。无论是铁原子转变成复杂的原子还是转变成简单的原子，都必须输入能量。

  而且，当核心温度随年龄增长时，辐射压力也随着增加，并且与温度的4次方成正比，即当温度升高到2倍时，辐射压力会增加到6倍，因此辐射压力和引力之间的平衡变得更加脆弱。根据霍伊耳说法，最后，中心的温度上升得非常高，从而使铁原子变成氦。但是要发生这种情况，正如刚刚说过的，必须给铁原子输入能量。当恒星收缩时，可以利用它所得到的能量把铁转变成氦。然而，所需的能量时如此巨大，根据霍伊耳的假定，恒星必须在一秒中左右剧烈地收缩成原来体积的极小一部分。

  当这种恒星开始崩溃时，它的铁核仍被大量尚未达到最大稳定性的原子包围着。随着外层的崩溃，原子的温度升高，这些仍然可以结合的物质以下自全部“点火”，结果引起一场大爆发，将恒星外层物质从恒星体内喷出去。这种爆发就是超新星。蟹状星云就是由这种爆发形成的。

  超新星爆发的结果，将物质喷发到空间，这对于宇宙的演化具有巨大的重要性。在宇宙大爆炸时，只形成了氢和氦。在恒星的核内则陆续形成其它更复杂的原子，一直到铁原子。如果没有超新星的爆发，这些复杂原子会锁在恒星的核内，一直到白矮星。通常只有极少量的复杂原子通过行星状星云的晕进入宇宙中。

  在超新星爆发的过程中，恒星较内层的物质会被有力地喷射到外围空间，爆发的巨大能量甚至能够形成比铁原子更复杂的原子。

  喷射到空间的物质会已经存在的尘埃气体云，并且成为形成富含铁及其它如金元素的“第二代新恒星”的原材料。我们的太阳可能是一颗第二代恒星，比一些无尘埃球状星团的老恒星年轻得多。那些“第一代恒星”则金属含量很低而氢含量很高。地球是从诞生太阳的同一残骸中形成的，所以含铁非常丰富，这些铁也许一度存在于几十亿年前爆发的一颗恒星的中心。

  可是在超新星爆发中已经爆发的恒星，其收缩部分的情况又是如何呢？它们形成白矮星吗？体积和质量更大的恒星只是形成体积和质量更大的白矮星吗？

  1939年，在美国威斯康星州威廉斯湾附近的叶凯士天文台工作的印度天文学家张德拉塞卡计算出，大于太阳质量1.4倍以上的恒星，不可能通过霍伊耳所描述的正常过程变成白矮星，从而第一次指出，我们不能期望有越来越大的白矮星。这个数值现在叫做“张德拉塞卡极限”。事实上，结果证明到目前为止所有观测到的白矮星质量都低于张德拉塞卡极限。张德拉塞卡极限存在的理由是，由于白矮星的原子中所含的电子相互排斥，因而使白矮星不能再继续收缩下去。随着质量的增加，引力强度也增加；达到1.4倍太阳质量时，电子排斥力变得不足以克服白矮星的收缩力，白矮星将坍缩成更小更致密的星体，而使亚原子粒子实际上互相接触。这种星体必须等待利用可见光以外的辐射来探测宇宙的新方法发明之后，才能探测出来。

5. 90亿年前的一次星系合并或许造成了恒星形成的一次巅峰

   
   
     
   大约130亿年前，我们的星系诞生了。在最初的动荡岁月中，气体和尘埃云不断聚合，产生充足的能量，从而形成了照亮我们夜空的明亮球状天体。
    
   现在，科学家们对银河系中恒星形成的 历史 追本溯源，揭示了90亿年前恒星活动的一次突然激增。这一研究结果与银河系的另一源头故事的证据相符合，即我们的星系曾与同一时期的小型伴星系合并。
   
    
   对天文学家来说，对恒星形成的追本溯源，是他们所使用的重要工具，用来搞清楚星系从古至今的演化过程。
    
   白矮星是一种燃料耗尽的高密度天体，它代表着中等大小恒星（如我们的太阳）的生命最后阶段。一项新的研究以这种白矮星为主题，来再现银河系恒星的时间轴。
    
   研究人员用“加拿大－法国影像测量程序“测量了白矮星发出的光。这项研究目前包含了约25，000颗恒星。
   
    
   科学家们从这些线索得出，银河系中的恒星在113亿年前高速地形成，并在98亿年前达到了一次巅峰。自此之后的大约10亿年间，恒星的形成明显放缓，最终小幅回升至一个稳定的节奏上，并持续至今。
    
   这项研究在《天体物理学》已有预印本，并考虑正式公开发表。
   
    宇宙合并 
    
   这些成果与2018年的一项研究相符，该研究找出了银河系与另一小型星系合并的证据。
    
   2018年这个项目的团队用盖亚太空望远镜定位了一群较为古老的恒星，它们保留着远古时期合并事件的证据。这些恒星的运行轨迹并不是与银河系协同的，而是反映出了当时的星系碰撞所产生的轨迹。
     
   
    预言银河系与临近的仙女座星系合并的艺术构想图 
    
   星系间的合并在早年间更为常见。一位没有参与该项目的研究人员，来自巴尔的摩望远镜科学研究所的雷·维拉德说：“从前，宇宙比现在要小，星系之间像小 汽车 一样互相碰撞。”
    
   我们所在的星系处在一个大约30个星系的小族群中，用维拉德的话来说就像“一个小镇”，这是一个很适宜的地方，“其他星系相对于银河系来说都很小，于是被银河系当做甜点一样吃掉了。”
   
   科学家们认为，在不受宇宙合并所产生的新能量影响的情况下，银河系平均每年会产出7颗恒星。
    
   研究人员表示，下一步的研究将会涵盖更多白矮星，从而更好地绘制出银河系初创期的图景。
    相关知识 
   仙女座星系-银河系碰撞（Andromeda–Milky Way collision）是预计四十亿年后，在本星系群中两个最大的成员星系──银河系和仙女座星系之间发生的星系碰撞。在星系碰撞的有关模拟研究中仙女座星系-银河系碰撞常常被用来当作此类现象的范例。
   
   事实上，在这种星系碰撞中星系中所包含的恒星等天体并不会真的发生物理上的碰撞接触，因为星系本身是非常弥散的——作为距离太阳最近的恒星，比邻星与地球间的距离也有太阳直径的三千万倍之遥。（如果太阳按比例缩小为一枚25美分硬币大小，那么比邻星则在700千米之外。）如果这个理论正确，那么在大约三十亿年后仙女座星系内的恒星与气体将能够在地球上用肉眼看到[4]。
     
    参考资料 
   1.WJ百科全书
   2.天文学名词
   3. inverse- Passant Rabie - vitachen
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6. 4000万年恒星形成、1.3亿年星系形成，这些时间点是怎么来的呢？

“这些理论的基础是基于这样一种假设，即宇宙中所有的物质都是在遥远的过去，某一特定时间发生的一次大爆炸中产生的。”——弗雷德·霍伊尔
当我们从科学的角度思考宇宙的起源问题时，有一个理论可以解释我们目前所看到的一切，那就是大爆炸！但并不是所有人都同意“大爆炸”的真正含义。



特别是，有些人认为：也许根本就没有宇宙大爆炸。这个说法正确吗？如果是，这到底是什么意思？为了理解这一问题，让我们回到100多年前，也就是我们第一次观察天空中微弱的螺旋和椭圆星云的时候。
速度异常的模糊"星云"


今天，我们看到上图时，很容易会说：“恩，那些是星系！”但一个世纪以前，情况就不那么明朗了。因为那时的望远镜不管是从口径还是光学系统上都不能和今天的相提并论。当时人们只能看到明亮的星系核心，而且成像还很模糊，更不能看到组成星系的单个恒星。所以我们现在认为的星系，在当时被简单地当作是一种星云。但有一件事非常奇怪，不符合常理：它们的运行速度。



当时人们已经知道了，每一种元素都有它自己的特征光谱，也就是特定的吸收线或发射线。而这些谱线都有特定的波长。例如，氢的谱线总是在656、486、434和410纳米处，每一处都对应一个特定的原子能跃迁。
在这些螺旋和椭圆星系中（当时认为是星云）均出现了特定的吸收线，但吸收线的波长明显偏离正常范围。



上图可以看到，最下方的星星就代表了元素吸收线的标准光谱，越往上星系离我们越远就红移的越厉害。
这怎么解释？当然，并不是这些星云中有某种类型的新元素或某种类型的新物理定律（组成和物理定理是通用的），而是这些星云在快速地移动，或者靠近我们，或者远离我们。下面也要的物理学远离大家很清楚，就是多普勒效应！就像警笛靠近我们或远离我们时，会发生音调变化一样，一个遥远的物体的波长也会根据它是向我们移动还是远离我们而发生改变。
如果它向我们移动，光就会向光谱蓝端移动；如果它远离我们，光就会向红端移动。20世纪初，韦斯图·斯利弗发现，宇宙中绝大多数的螺旋星云都向光谱的红端移动，而且移动速度比当时已知的任何物体都要快！所以当时人们就已经意识到了，这些“星云”应该不是银河系中的物体。



一个膨胀的宇宙这个问题直到20世纪20年代，才有人真正解开了这个谜团。著名的哈勃望远镜是以埃德温·哈勃的名字命名的，他当时正在观察这些螺旋星云，偶然间发现了一颗变星。当时人们已经了解了变星的周光关系，哈勃也通过这一发现算出了这个螺旋星云和我们距离，并得出结论：它远在我们的银河系之外。



当然，哈勃并没有就此止步。他继续测量了到其他几十个星系的距离，当他把这些距离数据和斯莱弗的速度数据结合起来时，哈勃发现了一个不同寻常的现象：平均来说，一个星系离我们越远，它远离我们的速度就越快。于是膨胀的宇宙就此诞生了。



在广义相对论的背景下，一个充满物质和辐射的时空并不能很好地保持静止状态。这就是爱因斯坦往方程里加宇宙常数原因！宇宙要么膨胀，要么收缩，这取决于其中有多少能量。而我们观察到的是，我们的宇宙从过去密度更高的状态膨胀到了今天这个更加稀疏的状态。
因为光（辐射）拥有的能量取决于它的波长，这就意味着，如果宇宙在过去更小，那么它在过去也更热，能量更高。



回到宇宙的过去，看看都发生了什么其实宇宙的起源就是我们根据今天的膨胀反推出来的！想象一下，我们让宇宙在过去变得更小、更热、更密集。会发生什么呢？



首先宇宙会变得又热又稠密，在早期原子本身都无法形成；一切都是炽热的电离等离子体。因为中性原子会被电离，这很好理解。在往前呢？原子核也无法形成；质子和中子结合的原子核会高能辐射粒子炸开，这时的宇宙是一个除了氢之外没有其他元素的自由粒子的海洋。在往前呢？这时的宇宙能量之高，会让两个光子自发的产生物质和反物质对，从而产生了宇宙中所有已知的（甚至一些迄今为止尚未发现的）粒子。最后，如果我们回到一个任意，甚至是无限热和稠密的时代，我们会到达一个奇点：一个所有时间，空间和能量都凝聚成一个点的地方。这一观点，即：一切都起源于一个“宇宙蛋”、一个“原始原子”或一个“任意高温、稠密状态”，就是我们今天所说的热大爆炸。
大爆炸是否描述了宇宙的起源？


这是大爆炸的最初定义。自从这个想法被提出以来，我们已经了解了很多关于宇宙的事情。特别是，我们已经了解到，宇宙中除了物质和辐射，还包含了大量的空间本身固有的能量，或暗能量，或宇宙常数，或真空能量（都是同义词）。现在宇宙包含的暗能量相对较少，但在早期它包含了大量的暗能量。
宇宙在被物质和辐射主导之前，宇宙是由空间本身固有的能量主导的，这一理论在20世纪70年代末和80年代初首次提出，并在90年代初首次通过观测得到证实。当你听说宇宙暴胀（或宇宙加速膨胀）时，这就是我们所说的：宇宙不是由物质或辐射主宰的时代，而是由空间本身固有的能量主宰的时代。
以真空能量或暴胀为主导的宇宙，与以物质或辐射为主导的宇宙演化方式不同。


宇宙的比例（y轴）与时间的关系。
上图就是真空能量主导宇宙和物质以及辐射主导宇宙的区别，看起来这些不同的宇宙只是在大小细节上有所不同，但它们都以一定的速率从某一起点开始膨胀。让我们仔细看一看“最开始”的时刻。



蓝线和红线代表一种“传统的”大爆炸场景，即一切从时间t=0开始，包括时空本身。在暴涨的情况下(黄色)，我们永远不会到达奇点，在奇点中空间会变成奇异状态；空间只会在过去变得任意小，而时间却会永远向后走。
一个由物质或辐射主导的宇宙，实际上，将来自一个奇点，来自空间和时间首次出现的时刻，但对于一个暴胀的宇宙来说，没有这样的时刻。因为宇宙中的暗能量一直存在，宇宙一开始就在暴胀。
换句话说，如果宇宙在一开始就已经处在一个暴胀阶段了，我们认为这个阶段一直存在！那么我们凭直觉知道的（没有理论依据）：空间和时间在某个地方首先出现！这个想法现在想来，就有点不可逻辑了。



当宇宙学家谈论大爆炸时，他们指的是以下两种情况之一：
我们可以观测到的宇宙从高温、稠密、膨胀的状态中诞生，膨胀、减速、冷却，并产生了元素、原子、恒星、分子、行星，最终形成了我们。最初的奇点代表了空间和时间的诞生。唯一的问题是，虽然这两种解释在上世纪60年代是可以互换的，但现在已经不一样了。
第一种解释：热的、稠密的、膨胀的状态作为“大爆炸”仍然有意义，但第二种解释不再有意义了。事实上，关于空间和时间从何而来的问题，各方仍有很多争论，目前并没有理论依据。



其实我想说的是，我们心中有个起源也好，至少有个答案。虽然“大爆炸”代表了我们在宇宙中看到的一切事物的起源，但它不再是宇宙的起源、不再是时间和空间的起源。
那大爆炸真的发生了吗？根据第一个定义，绝对发生了。如果根据第二个定义，我们可能需要重新考虑使用“大爆炸”这个术语了。它只代表了，一部分起源，并不能完整的描述宇宙的起源。

7. 科学家木星30亿年后将成为恒星，会对太阳系有什么影响？

木星是太阳系中公认的“最大”的行星，而它的大不仅仅现在体积上，还体现在绝对的质量上，因为剩下七颗行星加起来的质量都没有木星大，甚至还不到它的一半。


不过对于这个推测也有科学家并不赞同，他们认为木星本质上一颗失败的恒星。因为它和太阳太多相似之处，例如木星拥有仅次于太阳的超大质量，这使得它卫星众多。


根据科学家的统计，木星的卫星共有79颗之多，由此它还得到了一个绰号——“小太阳系”。
不只是拥有的卫星极多，巨大的质量还让木星得到了恒星才拥有的能力，那就是捕捉进入太阳系的巨大彗星。


彗木相撞
例如1994年闯入太阳系的“苏梅克列维九号彗星”。按照预定轨道，这颗巨大的彗星应该会直接撞进太阳的怀抱，但是在经过木星时被木星引力所捕获，从而提前结束了自己的宇宙之旅。
如果说卫星数量极多和捕获彗星只算是表面原因的话，那么下面的描述就是根本原因了。首先，科学家们在对木星各方面数据分析之后发现，木星的组成元素都几乎和太阳一模一样，它们都拥有90%的氢和10%的氦。


当然了，现在木星的质量并不能将这些元素“点燃”，但是一旦木星能够将这些元素“点燃”，那么木星从某种程度上看就已经能够算是一颗恒星了。所以现在许多科学家们争论的焦点在于，木星在将来究竟有没有可能被“点燃”。
其次，严格说起来木星是太阳系八大行星中，唯一不围绕着太阳公转的行星。从本质上看，行星围绕恒星公转其实就是行星围绕质心公转，只是正常行星和恒星之间的质心一般都在恒星内部，所以看起来是行星围绕着恒星公转。


而木星则和其他行星不同，它与太阳的共同质心并不在太阳内部，而是在距离太阳1.07个太阳半径的地方，所以木星和太阳其实是互相绕着公转，这点与其他行星相比似乎更加“厉害”一点。
正是由于这些原因，所以上个世纪七八十年代，苏联科学家提出了木星正在缓慢演变成太阳的观点。


因为科技水平的限制，没有人能够对这个观点进行反驳，同时也没有人就一定保证这个观点是正确的。而这也就意味着，在某种情况下木星的确有变成恒星的可能。
那么问题来了，木星究竟如何从一颗气态巨行星演变成一颗炙热的恒星呢？有科学家认为，木星之所以无法变成一颗恒星，主要是因为它自身的质量不够，无法将自己“引燃”。


但是木星因为具有强大的引力，所以长时间吸附宇宙中的尘埃、彗星、小行星，定然会增加自身的质量。更何况当太阳走到最终阶段时，身体将会膨胀到木星非常近的地方，木星可以借此机会“大饱口福”。
当然了，这只是理论上可行的方法，但是在实际中并不可行。因为通过推算，以木星当前的质量想要变成恒星，至少需要再增加80倍的质量，这需要极漫长的时间，甚至到木星寿终都无法实现。


然而科学家们还做了另一个推算，如果“增重法”再配合一个质量超大的小行星“点火”，那么根本不用增重到现在的80倍以上，只需要增重到现在的3倍到4倍以上，木星就能产生核聚变成为一颗恒星。
根据“朱诺号”传回数据进行的推演来看，如果木星未来能够演变成恒星，那么这个演化时间至少是30亿年，而最好的时间段则是45~50亿年后太阳变成红巨星的时候。


如果运气够好，木星甚至能够接太阳的班成为太阳系中新的核心，让太阳系能够继续维持上十亿年的时间。
不过这种可能也仅仅停留在理论上，最大的可能还是太阳变成一颗毫无生气的白矮星，而木星仍旧是一颗质量和体积稍大的行星。


看到这里或许一个疑问会出现在许多人的心中：木星究竟能不能变成恒星关人类什么事情？为什么要花大力气研究这件事呢？
事实上，这件事情不仅和人类有关，甚至还关系到人类整个族群未来的存亡问题，并且后果人类根本无法承受。


因为如果木星真的演化成了恒星，并且是在太阳完全“熄灭”之前，那么地球将会因此变得昼夜混乱。
甚至黑夜的时间会变得非常短，一年间估计只有5%~10%的时间是黑夜，而其余时间不仅会亮如白昼还温度极高，人类根本无法在这种环境中正常生活，离开太阳系将成为唯一的选择。


而如果木星演变成恒星的时候太阳已经走到了末期，那么人类或许能够移居到木星的卫星上继续生活，再次获得近十亿年的发展时间。
总而言之，研究木星的整体变化对于人类有着极为重要的意义。希望随着科技的不断进步，人类能对宇宙有更加深入地了解，文明发展有更加明确的方向。

8. 恒星系的星系的演化

按照宇宙大爆炸理论，第一代星系大概形成于大爆炸发生后十亿年。在宇宙诞生的最初瞬间，有一次原始能量的爆发。随着宇宙的膨胀和冷却，引力开始发挥作用，然后，幼年宇宙进入一个称为“暴涨”的短暂阶段。原始能量分布中的微小涨落随着宇宙的暴涨也从微观尺度急剧放大，从而形成了一些“沟”，星系团就是沿着这些“沟”形成的。随着暴涨的转瞬即逝，宇宙又回复到如今日所见的那样通常的膨胀速率。在宇宙诞生后的第一秒钟，随着宇宙的持续膨胀冷却，在能量较为“稠密”的区域，大量质子、中子和电子从背景能量中凝聚出来。一百秒后，质子和中子开始结合成氦原子核。在不到两分钟的时间内，构成自然界的所有原子的成分就都产生出来了。大约再经过三十万年，宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久，星系就在其中形成了。大爆炸发生过后十亿年，氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长，初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小，各个原星系之间靠得比较近，因此相互作用很强。于是，在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云，而其余部分则被邻近的云所吞并。同时，原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。原星系的质量变得越大，它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状；其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后，便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起，就像我们地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。