星的演化第11篇-香港天文学会.PDF

第 11 篇 星的演化 概論 星體通常在以分子氫為主的氣雲內誕生，氣雲內密度變動較大的區域最易發生重力塌縮，塌縮使核 心氣體的壓力和溫度越來越高，到了一千萬度左右便觸發核聚變 (nuclear fusion) ，氫燃燒為氦，同 時發出光和熱，但在核心以外的氫，由於沒有足夠溫度，不會燃燒。 “原始星” (protostar) 指在氣雲裡的星胎，這時它已是一個熱體， 但未到氫燃燒階段，因此輻射以紅外線居多。右圖是哈勃太空 望遠鏡捕獲的 HH 30 實例 (前講義說的 HH 天體) ，在HH 30 中 間是一顆塌縮中的原始星，它正在吸積周邊物質形成一個轉動 塵氣盤，因此原始星被掩蔽不在照片顯現，不過原始星的磁場 會引導一些轉盤物質往磁極外洩，形成兩束反向的小噴流，噴 流是短暫的，當更多轉盤物質被原始星吸納而縮細後，噴流便 會停止，原始星繼續塌縮直至平衡為有氫燃燒的球體，剩餘塵 在金牛座的  HH 30 ，噴流總長度有 氣則被原始星的星風 (stellar wind) 驅散或進一步演化為原始行 幾千 AU ，成因見  QA No. 21 。  星盤 (protoplanetary disk) 。大質量原始星最終會穩定為高溫的O 或 B 譜型星，較成熟的低質量原始星具有金牛座 T 變星的觀測特性，因此又歸類為 “金牛 T 型星” (見前講義提及的 T Tauri star) ，大約一億年內它便會穩定為F 、G 、K 或 M 譜型星。 “主序” (main sequence) 指星核心徹底進行氫燃燒的階段，在主序的星叫主 老星結構 序星，它的光度、直徑和質量大致穩定。核心的氫燒完後，星脫離主序步 入老星階段，這時核心會累積不同元素的燃燒層，最外燃燒層必定是氫， 外圍氫 下一層是氦，再下層是碳、氧和更重的元素，總層數視乎星的質量而定。 (沒有燃燒) 由於質量主宰着星的演化過程，我們就把星分為低質量與大質量兩級來論 述，一般定低質量 4 M ⊙ (不足四倍太陽質量) ，大質量 8 M ⊙ (超過八倍 太陽質量) ，4 M ⊙ 至 8 M⊙ 的星沒有明確的質量級別。要留意的是： 主序階段約佔星壽命的九成。 氫 H 燃燒層只佔星體積的小部分。 氦 He 星在演化途中一定有質量流失，特別是晚年，星的狀態不穩，質量 碳 C 流失更多，到核能盡失時便壽終，其遺體質量可以比主序時小幾倍。 不同元素的燃燒層 星的質量和壽命 粗略估計，銀河系有 2 到 4 千億顆星，它們的分佈猶如金 字塔，星的質量越大，數目越少，質量不足 0.1M ⊙ 的星 沒有能力把核心的氫徹底燃燒，可見光甚弱不易被發現， 但邏輯上它們佔數最多，大過 100M ⊙ 的星極少。天體物 理學指出，星質量大到若干程度，它的向心重力就不敵外 向輻射壓力而瓦解，因此星質量不會無限地增加。劍魚座 R136a1 是已知最大質量的星，估計介於 230 - 330 M⊙ 。 星的一生主要由它的質量決定，質量越大，燒氫越急速，壽命亦以幾何級數劇減，自轉快的星也比 較短壽一點。大致上，星的壽命 (主序壽命) 與其質量的 2 到 2.5 次方成反比。太陽的壽命約有 110 億年，現在是中年，再過 60 億年太陽會脫離主序；10 M