恒星演化的观测证据.pptxVIP

恒星演化的观测证据第1页/共82页第2页/共82页§3.1 主序星的演化 1. 恒星演化的基本原理 恒星在一生的演化中总是试图处于稳定状态（流体静力学平衡和热平衡）。当恒星无法产生足够多的能量时，它们就无法维持热平衡和流体静力学平衡，于是开始演化。 恒星的一生就是一部和引力斗争的历史！第3页/共82页Russell-Vogt 原理 如果恒星处于流体静力学平衡和热平衡，而且它的能量来自内部的核反应，它们的结构和演化就完全唯一地由初始质量和化学丰度决定。第4页/共82页恒星演化时标(1) 核时标 (nuclear timescale) 恒星辐射由核心区（约1/10质量）核反应产生的所有能量的时间。tn ＝ E/L ＝η△Mc2/L ≈ 0.7% 0.1Mc2/L ≈ (1010 yr) (M/M⊙) (L/L⊙)-1第5页/共82页(2) 热时标 (thermal timescale) 恒星辐射自身热能的时间，或光子从恒星内部到达表面的时间。tth ＝ (0.5GM2/R)/L ≈ (2×107yr) (M/M⊙)2 (R/R⊙)-1 (L/L⊙)-1 (3) 动力学时标 (dynamical timescale) 如果恒星的内部压力突然消失，在引力作用下恒星坍缩的时间。td ＝ R/V ≈ (R3/GM)1/2 ≈ (27 min) (R/R⊙)3/2(M/M⊙)-1/2第6页/共82页恒星统计与演化如果相同质量的恒星的演化过程基本相同，在H-R图上恒星的不同类型反映它们处于不同的演化阶段。 如果恒星的诞生率和死亡率一致，在H-R图上某一类恒星数目的多少就反映了恒星在该演化阶段所停留时间的长短。第7页/共82页2. 主序星的演化主序星的性质均匀的化学组成 核心H燃烧 质量范围: 0.08 M⊙ M ~100 M⊙ 质光关系和质量-半径关系 L ~ M 2.5-4, R ~ M 0.5-1 第8页/共82页主序星的演化(1) 零龄主序 (zero age main-sequence star, ZAMS) 刚刚开始核心H燃烧的恒星，在H-R图上占据主序带的最左侧。(2) 演化时标 ——核反应 (4 1H→4He +γ) 时标tn＝η△Mc2/L ≈(1010 yr) (M/M⊙) (L/L⊙)-1 ≈(1010 yr) (M/M⊙)-2.5 for M M⊙ or (1010 yr) (M/M⊙)-2 for M M⊙第9页/共82页不同质量主序星的演化时标 M (M⊙)30151.00.5tn (yr)2×10610710106×1010第10页/共82页主序星的内部化学组成的变化随着核反应的进行，核心区的H元素丰度逐渐减小，直至枯竭，全部转变成He。第11页/共82页演化路径核反应→核心区粒子数n↓→P c↓ → 核心收缩R c↓→ 核心区温度Tc↑，核反应产能率ε↑→ 光度L↑→ 包层压力P↑→ 恒星半径R↑主序带：主序星从核心H燃烧开始到结束在H-R图上占据的带状区域第12页/共82页§3.2 恒星主序后的演化 低质量 (M 2 .25M⊙) 恒星的演化 M＝1M⊙恒星 (1) 脱离主序——亚巨星支 (subgiant branch) H-R图：恒星逐渐向右脱离主序。内部过程：核心H枯竭，体积膨胀。 第13页/共82页(2) 红巨星支 (red giant branch) H-R图：恒星向右上方攀升成为红巨星。内部过程：核心H枯竭 →Rc↓→ Tc↑ 核区电子简并→壳层H燃烧 →R↑→T↓→在恒星包层，对流传递能量→L↑第14页/共82页Structure of A Red Giant第15页/共82页(3) He闪 (Helium flash) H-R图：恒星攀升到红巨星支的顶点。内部过程：核心He开始燃烧（Tc～108 K）→Tc↑（简并→ R c不变）→ε↑→Tc↑→(..)→核心He爆燃 (△t ~minutes, L ~ 1011L⊙)→电子简并解除第16页/共82页(4) 水平支 (horizontal branch) H-R图：恒星向左下方移动至水平支内部过程：核心He （壳层H）燃烧→Rc↑→Tc↓→R↓→T↑第17页/共82页(5) 渐进巨星支 (asymptotic giant branch)H-R图：恒星向右上方再次攀升成为红超巨星内部过程：核心He枯竭（CO核）→R c↓→Tc↑→壳层He和H燃烧→L↑ R↑ T↓第18页/共82页热脉冲 (thermal pulses) H-R图：恒星移至渐进巨星支顶点。内部过程：壳层He闪（不稳定燃烧）→恒星脉动（热脉冲）→抛射红巨星的包层（25%-60%质量）→行星状星云 + 高温简并CO核心第19页/共82页(6) 行星状星云的CO核心坍缩