恒星核燃烧演化.ppt

恒星的热核演化 恒星的赫罗(HR)图 通常的主序星, 质量愈大的恒星,中心密度愈低。 恒星的中心温度则是由恒星整体的宏观性质决定的。一般来说， 质量愈大的恒星，其中心温度愈高。例如，对处于稳定氢燃烧阶 段的主序星，其中心温度和密度同恒星质量的关系分别为: 恒星内部核燃烧 大规模热核燃烧点火条件 点燃核燃烧的恒星质量下限 推论:只有当恒星质量大於某一确定值时 电子简并压强在星体热核演化的重要作用 在原始恒星中,小质量恒星的中心密度较高。随着形成恒星的星云 引力收缩, 原始恒星中心温度不断上升的同时，其中心密度也随着 进一步增加。所以， 对于质量太小的恒星(例如，当恒星质量低于 0.07 M⊙时)，当它们的中心温度尚未上升到氢燃烧的点火温度 (1.0×107K )时, 其物质密度也因星体收缩而远远超过了电子简并 条件的密度值 耀星和氦闪 在原始小质量恒星收缩过程中，如果其中心温度 Tc达到H燃烧大规 模进行的点火温度附近时，正好物质密度也接近或达到上述简并密 度，则由于简并物质中的热核燃烧是不稳定的，它将导致局部爆炸 性的H燃烧。不过，它并不会导致整个星体爆炸。近年来在天文观 测上发现某些低光度恒星亮度出现短暂的闪亮，人们认为它正是这 种正在形成的小质量恒星在弱(电子)简并状态下氢燃烧开始点火时 出现的氢闪现象,称为耀星。 对于中、小质量恒星( 0.5 (M/M⊙) 2.2 ),氢燃烧(灰渣为氦)结 束后核心收缩，温度上升，当温度达到1×108 K (氦燃烧的点火温 度)时,物质密度接近电子简并的临界密度。简并物质中的热核燃烧 是不稳定的，它将导致局部爆炸性的He燃烧 — 氦闪。此时恒星急 剧膨胀成为体积庞大的红巨星。太阳在50亿年以后会经历这个过程, 体积膨胀到将把火星轨道包含在内。 大质量恒星( (M/M⊙)2.2)从H燃烧较平稳地转变为He燃烧阶段。 恒星内部的平稳核燃烧 爆炸性核燃烧条件 1)热核燃烧的速率非常快，以致于热核燃烧的时标(?nuc)短于星体因自引力作用(忽略压强)的自由坍缩时标(?ff) 恒星的热核演化 太阳 太阳内部主要热核反应— PP反应链(H-燃烧) 太阳中微子问题 CNO循环(中、大质量主序星内部H-燃烧) 太阳状况 太阳能源 ?太阳中心区域内持续不断的热核燃烧。 4 1H ? 4He 由Einstein 的质量-能量关系式 E = Mc2 ΔM c2 = {4 M(1H) – M(4He)}c2 = 26.73 MeV 同时释放26.73 MeV的能量。 (续) 太阳内部每秒钟都有7,750万吨的氢在这种热核爆炸过程中转化为氦, 正是由于这种热核燃烧维持着太阳巨大的光度。 太阳内部大规模的热核燃烧已经持续了45亿年。 估计它还可以这样稳定地再燃烧50亿年左右。 在恒星世界中太阳是一个普通的恒星。 恒星内部热核燃烧与演化 一颗恒星的演化史本质上就是它内部核心区域的 热核(燃烧)演化史。大质量恒星演化进程将先后经 历一系列热核燃烧阶段: H燃烧 (稳定核燃烧, 主序星): 核合成主要结果: 4 1H ? 4He 1. PP反应链---- Tc 1.6?107 K 小质量恒星 : M 1.1 M⊙ 对太阳(⊙), 稳定燃烧 100亿年 太阳内部主要热核反应—强大的中微子源 pp链:氢(质子)合成氦(α粒子) — 小质量(M 1.1 M⊙)主序星 的氢燃烧 太阳——强大的中微子源 CNO循环(Tc 2 ?107 K)中，大质量(M 1.1 M⊙)恒星的氢燃烧 20Na 0.446s Ne-Na循环 (p, ?)