第3講 現(xiàn)代天文學(xué)

現(xiàn)代天文學(xué)

課件制作:白思勝授課人：白思勝第3講、現(xiàn)代天文學(xué)1、宇宙大爆炸模型

2、宇宙演化模式3、赫羅圖4、恒星的起源和演化

20世紀(jì)初以來，特別是20世紀(jì)中葉以來，天文學(xué)有了突破性的進(jìn)展。由于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和各種觀測儀器的出現(xiàn)，導(dǎo)致了一系列天文觀測的新發(fā)現(xiàn)和各種新的分支學(xué)科的誕生。關(guān)于宇宙起源與演化的討論也進(jìn)入了新的時期，提出了許多引起人們關(guān)注的科學(xué)假說。本講就宇宙大爆炸理論、宇宙演化模型、赫羅圖、恒星的演化等方面的內(nèi)容進(jìn)行概述。1、宇宙大爆炸模型1.1大爆炸的依據(jù)⑴宇宙元素的豐度1814年，德國物理學(xué)家夫瑯和費用分光鏡發(fā)現(xiàn)在太陽光的譜帶（連續(xù)譜）中含有數(shù)百條暗線（譜線），譜帶中橙黃色區(qū)域的雙重暗線（D線）的位置與金屬鈉的化合物受熱后所產(chǎn)生的兩條明線的位置相同。由此開啟了恒星光譜分析的研究?？茖W(xué)家們先后發(fā)現(xiàn)了三種類型的光譜：連續(xù)譜（在高壓下的熾熱固體、液體、或者氣體發(fā)出連續(xù)光譜）；發(fā)射線（在低壓下的熾熱氣體，產(chǎn)生分立的亮線組成的光譜。氣體不同，產(chǎn)生的亮線也不一樣）；吸收線（通過低壓的氣體來觀察一個發(fā)出連續(xù)光源時，可以看到連續(xù)光譜上迭加了幾條暗線，暗線的位置恰好是低壓的熾熱氣體發(fā)出亮線的位置）。通過光譜分析我們可以了解恒星的化學(xué)成分。恒星光譜一個重要特征是具有大量的吸收線，這些吸收線代表著恒星大氣中各種不同的化學(xué)元素。每一種元素，都有它自己的特征光譜，就像不同的人有不同的面貌一樣。幾乎所有恒星的表層大氣中都具有大致相同的化學(xué)成分，氫和氦兩種元素占了總量的95%以上，其中氫占75%左右。還有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、氧化鈦等元素和一些化合物。⑵恒星光譜的紅移大家都知道這樣的一個事實，聲音的頻率越大，音調(diào)越高。比如C調(diào)：1（262）；2（294）；3（330）；4（349）；5（392）；6（440）；7（494）赫茲。大家都知道這樣的一個事實，一列火車，汽笛長鳴，加速地從我們身邊呼嘯而過。當(dāng)火車朝我們開來時，汽笛聲愈來愈尖，一旦擦身而過，又迅速地低沉下去?；疖囈煌＃崖曇搽S著穩(wěn)定下來。這說明聲源和觀測者只要有相對的運動，聲波的頻率就會發(fā)生變化。在互相接近的情況下，頻率變高；互相分離時，頻率變低，這種現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是一切種類波所共有的現(xiàn)象，也適用于光波和電磁波。測定光的多普勒效應(yīng)的最好辦法，是觀測它的譜線的變化。大多數(shù)恒星的光譜里，在紫外光部分都有兩條暗線，這是被鈣氣吸收所致。令人詫異的是，遙遠(yuǎn)星系光譜里的這兩條暗線同實驗室的比較，卻不是處在它們應(yīng)處的位置上，而是稍稍移向低頻端(即紅端)。這種現(xiàn)象稱為“紅移”。星系距離愈遠(yuǎn)，譜線“紅移”愈顯著，甚至使這兩條應(yīng)處于紫外光部分的暗線，移到了紅光一端。這種某頻率譜線的位移現(xiàn)象，說明該天體遠(yuǎn)離觀察者而去。20世紀(jì)60年代，世界各地的天文觀測者測量到約28000個星系的光譜,除少數(shù)（靠近銀河系的那些星系)外，全都具有支持膨脹宇宙的紅移。⑶宇宙背景輻射20世紀(jì)天文學(xué)的另一重大發(fā)現(xiàn)是微波背景輻射。1964年美國貝爾電話實驗室的彭齊亞斯和威爾遜用一架衛(wèi)星通訊天線在735cm波長處探測到一種來自宇宙深處的強(qiáng)度與方向無關(guān)的背景信號，普林斯頓大學(xué)皮伯斯等認(rèn)為這就是他們尋找的宇宙背景輻射。維恩位移定律：λT=2.9×10-3

1989年美國宇航局專門發(fā)射了宇宙背景輻射探測衛(wèi)星，第一批測量數(shù)據(jù)表明，從0.5mm～5mm波段上該輻射的譜分布與溫度為（2.735±0.06）K理想黑體的譜分布完全相合，在扣除運動效應(yīng)后天空不同方向的差別小于十萬分之一。這就證明了宇宙微波背景輻射的黑體性和普適性。黑體輻射是光與物質(zhì)平衡的產(chǎn)物，由此推斷宇宙演化中存在著物質(zhì)與輻射相平衡的階段。微波背景輻射被作為“大爆炸宇宙”的重要遺跡被確認(rèn)，它作為“大爆炸”理論的最重要實驗證據(jù)之一而被載入天文學(xué)發(fā)展的史冊。彭齊亞斯和威爾遜兩人因此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎。⑷宇宙的年齡如果宇宙有開端，那么它就有年齡。逆時間順序追溯宇宙演化的歷史，第一個推論是越早的宇宙密度越高，直至無窮。讓我們把密度為無窮的時刻作為時間的零點，即定義為t=0，那么今天的宇宙必有一個有限大的年齡。宇宙中一切天體的年齡都不應(yīng)超過宇宙年齡所確定的上限。美國天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)，宇宙星系紅移的速度與紅移度成正比：V=Hr；H為哈勃常數(shù)。研究表明宇宙的年齡可用哈勃常數(shù)H表示，宇宙年齡約為H的倒數(shù)（1/H=r/v=t）。由新近對室女座10顆脈沖星觀測得到的哈勃常數(shù)的值為50～100km·s-1·Mpc-1，確定的宇宙年齡在120億～160億年之間。利用放射性同位素含量測定年代的方法，人們測量了地球上最古老的巖石，測量了阿波羅號宇航員從月亮上帶回來的土壤、巖石樣品，測量了來自星際空間的隕石，發(fā)現(xiàn)它們的年齡均不超過47億年。恒星的年齡可從它們的發(fā)光速率與能源儲備來估計，由此獲悉最老恒星的年齡已超過100億年。利用球狀星團(tuán)在赫羅圖上的分布測得的老年星團(tuán)年齡為120億～180億年。總之，用不同方法對宇宙年齡的估算值與標(biāo)準(zhǔn)模型繪出的很接近，上限都為1010年數(shù)量級?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為，估計宇宙年齡在100億～150億年之間。這些結(jié)果與宇宙年齡的理論值符合得很好。無疑這對宇宙學(xué)理論是很大的支持。1.2大爆炸標(biāo)準(zhǔn)模型20世紀(jì)70年代以來，粒子物理學(xué)家與宇宙學(xué)家提出了“宇宙大爆炸起源模型”，聯(lián)手勾畫的宇宙起源與演化的圖景如下：大爆炸宇宙論認(rèn)為宇宙起源于一個高溫、高密度的“原始火球”的大爆炸，爆炸之后經(jīng)過降溫、變稀和膨脹，逐步演化成今天看到的天體系統(tǒng)。它首先確定如下幾條假定：第一條，在大尺度上宇宙是均勻的、各向同性的；第二條，宇宙早期的物質(zhì)是粒子的理想氣體；第三條，宇宙的膨脹是絕熱進(jìn)行的。根據(jù)這些假定和其他有關(guān)理論。大爆炸宇宙論向人們展示了自大爆炸開始至今的演化過程。宇宙“始”于約100億年前的大爆炸。起初不僅沒有任何天體，也沒有粒子和輻射，只有一種單純的真空狀態(tài)以指數(shù)函數(shù)形式急劇膨脹著。自然界中已知的四種相互作用，即萬有引力相互作用、強(qiáng)相互作用、電磁相互作用和弱相互作用那時是不可分的。這四種力的來源是不一樣的。引力源于物體質(zhì)量的相互吸引，兩個有質(zhì)量的物體間就存在引力。物體的質(zhì)量越大，引力就越大。電磁力是由粒子的電荷產(chǎn)生的，一個粒子可以帶正電荷，或者帶負(fù)電荷，同性電荷相斥異性電荷相吸。如果一個粒子不帶電荷，則不受電磁力的影響，不會感受到排斥力和吸引力。強(qiáng)力主要是把夸克結(jié)合在一起的力。所以也叫核力。像電磁力一樣也起源于電荷，不過只是夸克間的電荷，物理學(xué)家稱之為“顏色電荷”。弱力的作用是改變粒子而不對粒子產(chǎn)生推和拉的效應(yīng)，像核聚變和核裂變這兩個過程都是受弱力支配的。

從宇宙大爆炸到人類誕生⑴四種作用力的分化隨著宇宙的膨脹和降溫，真空發(fā)生一系列相變（可由水變?yōu)楸@種相變?nèi)ダ斫庹婵障嘧儯?。①大爆炸?0-44s，溫度為1032K，發(fā)生超統(tǒng)一相變，引力相互作用首先分化出來，但弱、電磁、強(qiáng)三種相互作用仍不可分。此時最基本的粒子產(chǎn)生?？淇撕洼p子可以互相轉(zhuǎn)變。②10-36s，溫度為1028K，大統(tǒng)一相變發(fā)生，強(qiáng)相互作用與弱、電磁相互作用分離。此時有強(qiáng)子生成。③10-10s，溫度為1015K，弱電相變發(fā)生，弱相互作用與電磁相互作用分離。此后，物質(zhì)與反物質(zhì)間的不對稱（即質(zhì)子、電子等物質(zhì)多于反質(zhì)子、正電子等反物質(zhì)）的現(xiàn)象開始出現(xiàn)。經(jīng)過這幾種相變完成了四種相互作用逐一分化的歷史。⑵從微觀粒子到星系④1s，溫度降至1010K，中子進(jìn)入凍結(jié)階段。凍結(jié)的中子有兩種途徑，一部分與質(zhì)子結(jié)合，成氦核；另一部分自由衰變成質(zhì)子：中子→質(zhì)子+電子+反電子中微子。⑤3min，溫度為109K，為原子核合成階段。這時中子：質(zhì)子=1：7。首先形成氘核，然后再形成氦核。氦和氫核的質(zhì)量比是1：3。1小時后，反應(yīng)結(jié)束，形成了75%的氫和25%的氦。⑥7×105a，宇宙溫度降為3000K，為原子合成階段。此時原子核與電子結(jié)合成為原子。⑦108a，輻射溫度為100K，星系形成。⑧109a，輻射溫度12K，出現(xiàn)類星體……至目前，宇宙年齡為1010a，輻射溫度降為2.7K，星際物質(zhì)溫度為10-5K，我們觀測到的宇宙已大到1010l.y.，現(xiàn)在宇宙仍在繼續(xù)膨脹著。宇宙時物質(zhì)形態(tài)宇宙時物質(zhì)形態(tài)

0秒原始火球大爆炸15.2×109年原始星際云形成10-43

秒時空量子化15.4×109年行星(地球)形成10-35~10-30秒宇宙暴脹產(chǎn)生夸克,輕子16.1×109年最老地球巖石形成

10-6秒質(zhì)子-反質(zhì)子對湮滅18×109年富氧大氣圈形成

1秒電子-正電子對湮滅19×109年生命起源

1~3分氦合成19.55×109年初期的魚類1~2×109年星系形成19.6×109年初期的陸地植物4.1×109年第一代恒星形成19.95×109年哺乳動物5×109年類星體誕生,星族Ⅱ恒星20×109年人類起源10×109年星族Ⅰ恒星形成2宇宙演化模式1922年，俄國科學(xué)家弗里德曼等人，對愛因斯坦的宇宙模型進(jìn)行了動態(tài)分析，提出了三種可能的宇宙模型。認(rèn)為宇宙的演化取取決于物質(zhì)的平均密度ρ0與臨界密度ρc的比值。①開放模型：若ρ0＜ρc

，宇宙膨脹，而且將一直膨脹下去。②封閉模型：若ρ0＞ρc

，宇宙膨脹到一定程度，將會轉(zhuǎn)而收縮。再膨脹，再收縮。③平坦模型：若ρ0=ρc

，為有界無邊的宇宙，為前面兩種模型的過渡狀態(tài)。計算出的臨界密度為ρc=10-29g/cm3。目前觀測到的ρ0=10-30g/cm3?？捎^測到的物質(zhì)占約10%，暗物質(zhì)占約90%。如果是這樣，宇宙就屬于平坦模型。若考慮中微子有質(zhì)量，且為10電子伏，那么宇宙的質(zhì)量將大大增加，物質(zhì)的平均密度ρ0可能超過臨界密度ρc

，宇宙可能為封閉宇宙模型。

3、赫羅圖3.1天文學(xué)里的距離單位①天文單位：規(guī)定地球到太陽的平均距離為一個天文單位，用1AU表示。1AU=1.496×108km.②光年：定義光在真空中行走一年的距離為一光年用1l.y.表示。1l.y.=9.4605×1012km.③秒差距：指的是從某天體看太陽系時正交于視線上1AU所張的角度為1″(角秒）時的距離（圖2）。1pc=2.06×105AU=3.26l.y.3.2亮度和光度⑴恒星的亮度恒星的亮度是指地球上受光強(qiáng)度，即恒星的明暗程度。表示天體亮度的等級叫做視星等。當(dāng)人們用眼睛直接觀察恒星時，會看到恒星有的亮些，有的暗些。古代的天文學(xué)家們很早就開始了根據(jù)恒星亮度劃分恒星等級的工作，這就產(chǎn)生了恒星的星等概念。天文學(xué)家把天上的恒星分成6等，以肉眼看來最亮的星為1等星，肉眼勉強(qiáng)可見的暗星為6等星。這樣一來，恒星的星等值越高，星就越暗，而比1等星更亮的太陽。月亮、行星等的星等值只能以負(fù)值來表示了。

19世紀(jì)時，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，從1等星到6等星之間，亮度相差大約100倍。1～6之間有5個間隔.

=2.512。所以，任意兩個星等相差1等的恒星，星等值高的要比星等值低的暗2.512倍。而天狼星由于比肉眼可見最暗的恒星亮100多倍，因此它的星等就被重新確定為-1.4等，而不是原先的1等。今天,我們觀測到的暗星遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了6等,通過現(xiàn)代大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,可觀測到25等以上的暗星,而哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可觀測的極限星等超過了28等。前面說到的星等是與在地球上看到的恒星亮度有關(guān)的星等，我們稱之為視星等或相對星等。⑵恒星的光度：恒星的光度表示恒星本身的發(fā)光強(qiáng)度。表示天體光度等級的叫絕對星等。恒星的亮度遵從光的反平方定律，即接收到的光強(qiáng)度與光源到觀察者距離的平方成反比（圖4）。例如，若有兩顆亮度本來相同的恒星，一顆離我們遠(yuǎn)些，一顆離我們近些，那么我們用肉眼來看它們的亮度時，將會看到一顆暗些，一顆亮些。在考慮了距離因素以后，天文學(xué)家制定了絕對星等系統(tǒng)。這個系統(tǒng)把所有的恒星都放在一個標(biāo)準(zhǔn)距離上考慮，這一距離是10秒差距（1秒差距=3.26光年）。用M，m和r分別代表絕對星等、視星等和地球到所考察恒星的距離，它們之間有以下關(guān)系：2.512m/2.512M=r2/102;

(m-M)lg2.512=2lgr-2∵102/5=2.512∴2/5=lg2.512;M＝m＋5－5lgr.r以秒差距為單位。在M，m，r這三個量中，只要知道其中任意兩個，就可以通過公式求得第三個。這個公式非常有用，許多恒星的絕對星等M或距離r就是用它計算得出的。有了絕對星等之后，就可以比較不同恒星的真實亮度，即光度了。比如，天狼星的絕對星等是+1.4，太陽的絕對星等是+4.8，則天狼星要比太陽亮20多倍。3.3恒星的顏色恒星一般呈現(xiàn)出某種顏色，如紅色、黃色、白色、藍(lán)色等。在可見光中，紅光波長最(0.7微米），藍(lán)光波長最短（0.4微米）。①根據(jù)公式：λυ=c.式中，λ為光的波長，υ為光的頻率，c為光速。光速c是一個不變值，所以波長較短的光有較高的頻率，其光子能量也較高。②按照維恩位移定律：λT=2.9×10-3.公式中λ的單位是米，溫度T的單位是K。若發(fā)光體是黑體（黑體是指不會反射任何波長的光，而只發(fā)射連續(xù)波長的光的理想物體），該發(fā)光體的溫度越高，其光強(qiáng)最大值處的波長越短。如：藍(lán)色的星溫度較高，約為10000K。紅色的星溫度較低，約為3000K。黃色的星溫度居中，約為6000K。太陽就屬于黃色的恒星。為了便于深入研究，天文學(xué)家根據(jù)觀測到的不同恒星的不同光譜類型對恒星進(jìn)行了分類。著名的哈佛分類法就是按恒星表面的溫度從高到低將恒星劃分為O型、B型、A型、F型、G型、K型、M型等，當(dāng)光譜型從O型變到M型時，恒星的主要發(fā)光顏色也就由藍(lán)色變成紅色，相應(yīng)的恒星表面溫度也隨之由50000K下降到3000K。

3.4赫羅圖把恒星的光度與溫度做出比較圖是很有意思的。由于恒星的光度依賴于它的溫度和大小，故把它們的光度和溫度作圖比較就能把恒星按體積大小區(qū)分開來。如果兩顆恒星的溫度相等而直徑不等，那么直徑小的光度就小，這是因為直徑小的恒星其表面積也小的緣故，所以它的位置就在圖的下方。反之，如果兩顆星的光度一樣但溫度不同，冷星的體積必然要大些。因此，越冷的星在圖上的位置越靠右。這種恒星光度和光譜型關(guān)系的圖，是由丹麥天文學(xué)家赫茨普龍（1873－1967）和美國天文學(xué)家羅素（1877－1957）于1905和1913年各自獨立創(chuàng)制，故名赫羅圖（圖6）。該圖以光譜型為橫坐標(biāo)，光度（絕對星等）為縱坐標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有90%以上的恒星，分布在圖中的左上方到右下方的對角線的狹窄帶區(qū)內(nèi)。這區(qū)域稱為“主星序”，位于其上的恒星稱“主序星”。主星序的右上角，有一個幾乎成水平走向的“巨星系”；主星序的左下角有一個“矮星系”。研究表明，赫羅圖能顯示恒星各自的演化過程，能估計星團(tuán)的年齡和距離，是研究恒星演化的重要手段，也是天體物理學(xué)和恒星天文學(xué)的有力工具。由赫羅圖我們可以推測恒星的一生。我們的太陽在赫羅圖上就處于主星序的中部。它是一個中等質(zhì)量、中等溫度也恰好是中年的一顆恒星。它大約在50億年前形成，又大約在50億年后可能變成巨星，其半徑也許會擴(kuò)大到目前半徑的160倍。地球?qū)⒒癁橐黄雇痢?、恒星的起源和演化

4.1原恒星階段18世紀(jì)初康德等倡言的散布于空間中的彌漫物質(zhì)（稱為星云）可以在引力的作用下凝聚成太陽和恒星的假說，經(jīng)過歷代天文學(xué)家的努力已逐漸發(fā)展成為相當(dāng)成熟的理論。盡管星際物質(zhì)的密度很低，約為10-19kg/m3，但它們的分布很不均勻。巨大分子云中密度較高的部分在自身引力的作用下會變得更密。密度越大的氣體間的引力也越大，從而進(jìn)一步增加了其密度。當(dāng)引力做功轉(zhuǎn)化成熱，使分子云密度增加的同時溫度也不斷增高。當(dāng)引力勢能轉(zhuǎn)化為熱能而使中心天體熾熱發(fā)光。這就是原恒星階段。4.2主序星階段盤中物質(zhì)在引力作用下不斷落向原恒星，原恒星在不斷收縮過程中，當(dāng)引力能轉(zhuǎn)化的熱能使中心溫度達(dá)到107K時，就足以觸發(fā)恒星中心氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)，從而放出巨大的核能，此時恒星不斷向外輻射出大量能量，我們說一顆恒星誕生了。恒星主要是依靠內(nèi)部氣體粒子熱運動的壓力與自身物質(zhì)之間的巨大引力相抗衡的。如果恒星的能源僅來自引力能，恒星便不會維持多久。對太陽這樣的恒星，引力能僅能維持輻射2000萬年左右，而太陽至今已有50億年了。維持恒星不斷發(fā)光發(fā)熱的能源，絕大部分是恒星內(nèi)部的核聚變反應(yīng)提供的。質(zhì)量輕的原子核經(jīng)核聚變生成質(zhì)量較大的核，生成核的質(zhì)量一般都小于反應(yīng)前元素質(zhì)量的和，這稱為質(zhì)量虧損。按愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系，一定質(zhì)量m聯(lián)系的能量E是質(zhì)量乘以光速的平方mc2。與虧損質(zhì)量相聯(lián)系的能量也這樣計算，它在聚變反應(yīng)中以粒子動能的形式釋放出去。這是一個十分巨大的能源，例如太陽，對應(yīng)1m2表面積的功率就相當(dāng)于6.3×l07W的動力站。對太陽大小的恒星，核能能維持其輻射約上百億年。每四個氫聚變成一個氦（4H1→He4）放出247MeV的能量。恒星形成后最初階段的光和熱就是核聚變提供的。氫彈的能源也如此。可以說恒星最初是以每秒爆炸數(shù)百萬顆氫彈獲得能量的。核燃燒使恒星內(nèi)部物質(zhì)產(chǎn)生向外的輻射壓力，當(dāng)輻射壓力與引力達(dá)到平衡時，恒星的體積和溫度就不再明顯變化，進(jìn)入一個相對穩(wěn)定的演化階段，稱為主星序階段?？梢哉f主星序階段是恒星的壯年期。恒星在這一階段停留的時間最長，是其生命的主要部分。包括太陽在內(nèi)的迄今發(fā)現(xiàn)的恒星90%處在這一階段。一個恒星這一時期的長短取決于它的質(zhì)量。對于太陽質(zhì)量的恒星，產(chǎn)能速率約為2×l0-4J/（kg·s），該時期約為100億年。質(zhì)量比太陽大的恒星這一時期倒比太陽的短。這是因為它的核反應(yīng)比太陽的激烈、產(chǎn)能率高［可高達(dá)0.1J/（kg·s）］，從而發(fā)光發(fā)熱也快的緣故。因此對許多大質(zhì)量恒星來說，核燃燒的主星序階段僅能維持幾千萬年。4.3紅巨型階段恒星中的核燃燒不僅發(fā)生于氫到氦的轉(zhuǎn)變，還有氦到碳再到其他較重元素的逐級轉(zhuǎn)變。但發(fā)生這些轉(zhuǎn)變的溫度要求越來越高，溫度要高達(dá)一億度甚至幾十億度。當(dāng)恒星核心部分氫完全轉(zhuǎn)變成氦后（對7個太陽質(zhì)量的恒星大約用2600萬年），恒星的內(nèi)部將要發(fā)生新的變化。一方面，星核由于輻射能力下降在引力作用下將收縮，收縮過程中引力做功產(chǎn)生的熱將恒星核心溫度再次提高，達(dá)到引發(fā)氦生成碳的程度，引發(fā)新一輪核反應(yīng)：另一方面外面殼層的氫也會開始燃燒?？梢韵胂?，同時有兩個不同的核聚變發(fā)生，情況將是復(fù)雜的。當(dāng)氦燃燒完畢后，恒星核心又會類似的進(jìn)行新一輪核反應(yīng)。這樣的過程一直會進(jìn)行到合成鐵時為止。即：當(dāng)溫度大于一億度時，3He4→C12；C12+He4→O16+He4→Ne20+He4→Mg24

；當(dāng)溫度大于幾十億度時，Mg24+He4→Si28+He4→S32+He4→Cl36+He4→Ca40---Fe56.這一階段恒星核心經(jīng)歷幾個不同的核聚變反應(yīng)，恒星也經(jīng)歷多次收縮、膨脹，其光度也發(fā)生周期性的變化。此階段可稱為恒星的“更年期”。紅巨星、紅超巨星就是這一階段后期的產(chǎn)物。如果太陽變成一顆紅巨星，它可膨脹到水星、金星甚至地球軌道那么大。造父變星被認(rèn)為是處在紅超巨星階段的恒星。4.4恒星的結(jié)局恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)的持續(xù)時間總是有限的，但是恒星自身物質(zhì)之間的巨大引力卻永遠(yuǎn)存在，這就出現(xiàn)了恒星結(jié)局的問題。隨著恒星內(nèi)部熱核反應(yīng)的停止，盡管恒星外層部分會出現(xiàn)膨脹、爆發(fā)等復(fù)雜的變動，核心部分卻必定在引力作用下發(fā)生急劇的收縮，即所謂引力坍縮。這種坍縮是會被某種新形式的壓力所阻擋，還是無限制地進(jìn)行下去呢？這個問題，盡管是20世紀(jì)的兩大物理理論即量子力學(xué)和相對論攜手作答，并且有了不少重要的進(jìn)展，卻還遠(yuǎn)未徹底解決。⑴白矮星量子力學(xué)預(yù)言了具有極高密度的物質(zhì)狀態(tài)——簡并態(tài)的存在。如果恒星的質(zhì)量不超過1.4倍太陽質(zhì)量，則簡并電子氣的壓力能夠抵抗住引力坍縮，使星體穩(wěn)定下來。這就是白矮星，其密度約是水的1萬至100萬倍。這是恒星演化的第一種結(jié)局。其實在紅巨星階段白矮星就