恒星的演化过程是怎样的?

在恒星世界里,有时会出现一种奇怪的现象:一颗原本很暗的恒星突然变得很亮。这种亮度变化剧烈的恒星在天文学上称为变星。古人视变星为“客星”。

变星有很多种,其中亮度变化最剧烈的变星称为超新星。一般认为,恒星突然变亮主要是由于这颗恒星剧烈爆炸,释放出巨大的能量。这种爆炸是这样产生的:恒星中较轻的元素(氢和氦)通过热核聚变反应不断燃烧。当所有较轻的元素被耗尽时,引力和斥力之间的平衡被破坏,恒星将收缩。恒星收缩的结果是内部温度继续上升,又开始了新的热核反应,融合成更重的元素,同时释放热能,从而处于新的平衡状态。但恒星演化到后期,在铁形成后继续聚合成更重元素的核反应过程,与之前的反应过程有着本质的不同:它们不是辐射能量,而是从外界吸收大量的热量。这样,恒星的引力和斥力就不平衡了,恒星迅速坍缩,中心的压力急剧增加,动力装置被压入核内,与核内的质子结合形成中子核。当大量物质坍缩到中子核时,会在短时间内释放出惊人的能量,发出强光。这种能量足以炸裂恒星的外壳,将它们抛向太空。

超新星爆炸释放的能量场景为1047 ~ 1052 erg,相当于在三秒内爆炸1018颗百万吨的氢弹。亮度增加了一千万倍,比太阳亮几亿倍。

据史料记载,最著名的超新星是我国1054年记录的金牛座超新星。它是最亮的超新星。这次超新星爆发的记录,以中国姚最为完整准确:“嘉祐元年三月,司曰:‘无客星,客将去之兆’。当初在元年五月的早晨出门向东,一直闭着天。日白如白,角满处,色红白。凡见二十三者。”可以看到这颗超新星非常明亮,在明亮的白天依然光芒四射,从1054年7月4日开始的23天里人们都可以清晰的看到它。

这颗超新星喷射出的气体壳层最早是在18世纪由一个英国人观测到的。它是一种模糊的云雾状的东西。因为它看起来像一只螃蟹,所以被称为蟹状星云。

爆炸是恒星演化的重要现象,因此对超新星的研究在天文学中占有重要地位。