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红巨星

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红巨星和太阳的比较
红巨星和太阳的比较

红巨星巨星的一种,是恒星的一种演化阶段,质量约为0.5至8个太阳质量,质量不同,寿命不同,大概数百万年。

质量更大的称为红超巨星,再大的为红特超巨星

分类特征

赫罗图上,红巨星是巨大的非主序星光谱属于K或M型。所以被称为红巨星是因为看起来的颜色是红的,体积又很巨大的缘故。鲸鱼座苧藁增二金牛座毕宿五牧夫座大角星等都是红巨星;而天蝎座心宿二猎户座参宿四、盾牌座的盾牌座UY等则是红超巨星。

大部分的红巨星,其核心是未聚变的,能量由氦核外的氢燃烧包层提供,它们在图上构成了红巨星分支(RGB星)。另外一些,其核心是碳等更重的元素,外部是在燃烧的氦包层和包层,它们构成了图上水平的渐近巨星分支(AGB星)。在恒星大气中碳含量比氧含量还高的碳星中,AGB星的光谱类型一般属于C-N到C-R型。

演化

哈勃于1997年拍摄的红巨星蒭藁增二。
哈勃于1997年拍摄的红巨星蒭藁增二。
膨胀过程
膨胀过程

主序星阶段即将过去,恒星核心的枯竭了,核心失去了活力,在引力的驱使下收缩,而收缩使得外部的物质挤入空出来的空间,形成氢气层——这些氢仍然可以聚变。这时它可能经历赫氏空隙

核被重力加热,氢气层收缩,氢的聚变加速,产生更多的能量,导致恒星比原来亮1,000~10,000倍,并且使体积膨胀。这时体积膨胀的程度超过发光能力的增加,因此表面的有效温度下降。表面温度的下降使得恒星的颜色倾向红色,因此称为红巨星。当恒星的核心持续收缩到足以点燃3氦过程的密度和温度条件,氦聚变就会启动。

质量小于2.5倍太阳的恒星的氦核用电子简并压力对抗重力直至成为类似“白矮星”的简并态物质。氦聚变的点燃温度~1亿度,氦聚变的能量堵塞在简并态,触发了热失控氦闪:大约在1分钟内,氦核的大部分都聚变为碳核(以及后续的氧核),并向外层传输出巨量的能量,导致恒星突然变亮了一会。氦闪后,核心不再产生能量,外层的氢在较浅的位置上以较复杂的方式继续聚变成氦。恒星核心再次缓慢积聚氦,较长的一段时间后,氦闪又在富含碳核氧核外的氦包层中发生。这时恒星就位于赫罗图上的渐近巨星分支,每次氦闪后,从一个红巨星分支进入另一个分支。[1][2][3]

大于太阳质量2.57倍的恒星的核心更热,在成为白矮星密度的简并态前就点燃了氦聚变,平顺与持续地反应。当这类恒星初始的重元素含量较低(“贫金属”星)时,它们将进入水平分支——这些恒星在赫罗图上的位置是水平的分布。富含金属的恒星在这个阶段则群聚成赫罗图上的红群聚[4]

理论上,恒星光谱从A至K和部分较低质量的B型主序星会演化成为红巨星。较高质量的B型主序星与O型主序星会演化成为红超巨星。再高质量的恒星会演化成为蓝超巨星高光度蓝变星沃夫–瑞叶星

不经历红巨星阶段的恒星

红矮星(<0.5个太阳质量)只有对流层,恒星处于完全对流状态[5],恒星的元素丰度基本各处相同。由于核心的温度本来就不是很高,而且质量太小,整个恒星无需过于收缩以顶住引力。所以这些恒星既使到了晚期氢丰度不是很高的情况下,也不能通过收缩让累积在核心的氦达到核聚变的温度,既使用尽了氢也不能成为红巨星。[6]由于它们的主序星阶段生命远远长于我们宇宙的年龄,这类恒星的演化仅是理论上的,并无观测实例。

O、B型星(25个太阳质量以上)在主序星阶段位于赫罗图的左上角顶端,是蓝巨星甚至蓝超巨星,一直在赫罗图的最上方水平移动,氦聚变开始后可能成为高光度蓝变星沃尔夫-拉叶星,以Ⅱ型或Ⅰb、Ⅰc型超新星爆发结束其短暂的生命。

红巨星的太阳

比较当前作为主序星的太阳和将来成为红巨星的太阳。
比较当前作为主序星的太阳和将来成为红巨星的太阳。

大约在50到75亿年后,太阳将成为红巨星[7],经过科学家们的计算,届时太阳将变得异常巨大,足以吞噬掉目前太阳系里,包括地球大概火星以内的内侧行星[8][9][10]然而,太阳的引力也会因为质量的减少而减弱,因此火星和所有的外行星,都会往外移。在这时候水星金星都差不多一定会被太阳吞噬掉。地球的命运不是很清楚。要是没有潮汐力的话,那地球的轨道就会往外逃到差不多1.5天文单位。但近来研究发现因为地球和太阳有潮汐力地球还是会被太阳的外气层吞噬掉。可是在此之前,当太阳的耗尽时,地球的生物圈将会被破坏,额外增加的太阳能也将造成地球海洋的蒸发。过30亿年以后,地球的表面将变得如同金星一般高热。再50亿年以后,地球的空气已经往外太空逸散掉了,最后地球变成焦黑的行星。[11][12]

小说中的红巨星

  • 超人的漫画书中,毁灭了的超人出生地克利普顿星所在的行星系即是绕着红巨星运行,而故事情节里则设定超人的力量来源取源于地球所环绕的黄色太阳。

参见

参考文献

  1. ^ Our Sun. III. Present and Future,2006年11月18日更新。
  2. ^ lecture18,2006年11月18日更新。
  3. ^ Lecture 16: Low-Mass Stellar Evolution 互联网档案馆存档,存档日期2006-08-30.,2006年11月18日更新。
  4. ^ orange sphere of the sun
  5. ^ The Astrophysics Spectator: Main Sequence Star,2006年11月18日更新。
  6. ^ Late stages of evolution for low-mass stars,2006年11月18日更新。
  7. ^ Our Sun. III. Present and Future,by Sackmann, I.-J., Boothroyd, A. I., & Kraemer, K. E., Astrophysical Journal v.418, p.457
  8. ^ Red Giants. HyperPhysics(hosted by the Department of Physics and Astronomy of Georgia State University). [2006-12-29]. 
  9. ^ Strobel, Nick. Stages 5-7. Lives and Deaths of Stars. 2004-06-02 [2006-12-29]. 
  10. ^ The fading: red giants and white dwarfs. [2006-12-29]. 
  11. ^ Earth may still be vanish before sun expands further on. [2008-03-25]. (原始内容存档于2008-03-17). 
  12. ^ https://plus.google.com/101594126513580211263/posts/BhZsjZ7iHTx
  • Norbert Langer: Leben und Sterben der Sterne. C.H.Beck'sche Verlagsbuchhandlung, München 1995. ISBN 3-406-39720-4. (德文)
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