恒星的形成、结构及元素合成.ppt

* xkong@ * 5.物态方程 P＝P(T,r,X,Y,Z) 表示恒星内部的压强、温度、密度和化学组成关系的方程 气体内部的总压强由气体粒子运动产生的气体压强和光子产生的辐射压强 P＝Pg ＋ Pr 非简并气体 (non-degenerate gas) 理想气体状态方程 Pg＝nkT (n为单位体积中粒子数) 对完全电离等离子体： Pg＝r kT (2X＋3Y/4＋Z/2 ) /mH (其中mH为H原子质量) X/Y/Z定义为H/He/重元素各自密度与恒星总密度之比 辐射压Pr＝aT4/3 * xkong@ * 简并气体 (Degenerate Gas) (1) 电子简并条件：高密、低温 (2) 电子简并压的物理成因 ： Pauli不相容原理：对一个费米子组成的系统,不能有两个或两个以上的粒子处在同一量子态 泡利不相容原理禁止不同的组成粒子占据同一量子态,因此, 就会迫使粒子进入高能态,从而产生巨大的简并压力 (3) 电子简并压 非相对论性电子（v c）: Pe~ r 5/3 相对论性电子（v≤c）: Pe~ r 4/3 抗压缩性，简并气体的压力与温度无关 (4) 离子压强 PI＝r kT (X＋Y/4 ) /mH Pt=Pg+Pr=Pi+Pe+Pr * xkong@ * 简并条件 温度一定，密度越高越容易简并 密度一定，温度越低越容易简并 温度、密度一定，粒子质量越小越容易简并 系统中粒子的德布罗意波长大于等于粒子之间的平均距离： 相对论 非相对论 * xkong@ * EoS regimes P=nkT P=nkT P=KURn4/3 P=KNRn5/3 ? = n/N0? PR=aT4/3 * xkong@ * 平衡的恒星球体内的内部结构，由它的化学成份和总质量唯一确定 给定化学元素组成X Y Z，核产能率和吸收系数 边界条件： 当r＝0 时，M(0)＝0，L(0) = 0; 当r＝R 时，M(R)＝M, T(R) = 0, P(R) = 0. 恒星结构方程和物态方程 可唯一求得恒星的结构 即恒星从中心到表面不同半径r处的压强P,密度r,温度T,质量M,光度L,产能率e,和不透明度k等。 核燃烧使化学成份发生变化时，恒星的结构也随之变化 恒星结构解的唯一性定理 * xkong@ * building models ~ Pc为恒星中心压强,M,R为恒星质量和半径 P=nkT? * xkong@ * 原恒星质量 (M⊙) 0.2 1.0 5.0 15.0 原恒星演化时间 (yr) 109 3×107 7×106 6×104 不同质量的恒星在形成过程中，在H-R图上沿不同的路径演化。 小质量原恒星内部对流发展充分，温差小，收缩时表面温度几乎不变；大质量原恒星对流层浅，温度变低。 质量越高的恒星，其原恒星演化到主序的时间越短，在主序上的位置越高。 具有不同质量恒星的形成 * xkong@ * Formation of Massive Stars and Clusters Massive stars have masses that are much larger than the Jeans mass in the cloud cores where they form. The large cloud cores might contain many small bound clumps. These cores might form groups or clusters of stars. NGC 3603 * xkong@ * 褐矮星 (Brown Dwarfs) Masses 0.08 M⊙(10MJ- 84 MJ) Central Te3 million K Surface temperature ~ 1000 K TWA 5 and its brown dwarf companion in Infrared (left) and in X-ray (right). * xkong@ * Differences between brown dwarfs and planets Planets are smaller and lighter Planets have a solid core They are formed in a complete different way * xkong@ * 初始质量函数(Initial Mass Function) Generally more low-mass than high-mass stars f