天文选修课2讲解.ppt

恒恒 星星 演演 化化 什么是恒星呢？ • 恒星：肉眼所见的不满天穹的星星，它们像 太阳一样，是能长时间发出大量光和等离子气 体球 • 按恒星的颜色，恒星分为:O、B、A、F、G、K 、M颜色由蓝到红，温度由高到低） • 恒星的演化本质就是：恒星是怎样诞生、生 长、衰老和死亡的！ 恒星的一生 红巨星 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！ 主要是来自于宇宙间的星际气体，气体通过自身引力，相互聚 集，形成星云 星云从哪来？ 星际气体 Ø 星际气体主要是由中性H组成； Ø 星际气体的空间分布是不均匀的； Ø 密度是10-2~106cm-3； Ø 在不同的环境下，其H的存在方式是不一样的， 如：HI，HII等 Ø 分布在大的、冷的、致密暗云中 Ø 已观测到包括H2, CO, OH, NH3等约100种无机和有 机分子，其中H2分子含量最丰富（有机分子H2CO [甲醛]- NH2CH2COOH [氨基乙酸]） M8 (Lagoon Nebula) 礁湖星云 典型的HII区 The Rosette Nebula 玫瑰星云 NGC 2244 Hydrogen Oxygen 恒星的一生 红巨星 通过观测CO 分子的辐射，发现星际分子聚集成团形成分子 云。

质量：1-106 M⊙，直径：1-600 ly，密度：103 -105 cm-3 分子云占据银盘内大约1%的空间，质量大约占星际气体 总质量的50% 分子云 (molecular clouds) 巨分子云（GMC） ü 直径：300光年 ü 温度：20K ü 密度：100~300 cm-3 ü 质量：106 M⊙ ü 寿命：10~100万年 ü 像这样的巨分子云只有 10%的比较致密的可以孕 育原恒星 星际尘埃 成分 硅或石墨微粒， 外面被冰或二氧化碳包裹 形成 形成于红（超）巨星的外层大气（低温→气体凝结） ， 在恒星演化晚期被吹向星际空间 星际尘埃与星际分子 分子云中的尘埃屏蔽了星光中的紫外线，使分子免遭瓦 解， 尘埃有利于分子形成 马头星云 鹰云 • 暗星云 (dark nebulae) 大量的尘埃阻挡了星云内 部或后面恒星的星光 恒星的诞生——原恒星 • 恒星形成于银河系旋臂上巨大的、 冷的致密星际云 • 星云的坍缩造成恒星成群形成 • 星云坍缩、分裂、加热 → 原恒星 阶段观测天体核心温 度 (K) 表面温 度 (K) 核心密度 (cm-3) 直径 (cm) 持续时 间 (yr) 1 2 云 原恒星 104 106 100 3000 1012 1018 1015 1013 105 106 恒星形成区和原恒星的观测 • 猎户星云 (M42)，位于猎户之剑附近，距离 约 1000 ly。

（左）光学（放大）照片图中“梯形恒星”清晰可 见右）红外（放大）照片可以看到成团的新生 恒星，被光学星云后面的尘埃云包裹 恒星的诞生——主序星 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 主序星 太阳 红巨星 红巨星（恒星的成熟阶段），在 这恒星迅速膨胀的同时，它的外表面离中心 越来越远，所以温度将随之而降低，发出的 光也就越来越偏红不过，虽然温度降低了 一些，可红巨星的体积是如此之大，它的光 度也变得很大，极为明亮肉眼看到的最 亮的星中，许多都是红巨星红巨星的体 积很大，它的半径一般比太阳大100倍 行星状星云 (planetary nebulae) • 低质量恒星在死亡时抛出的气体包层，受到中 心高温白矮星的辐射电离而发光 • 通常为环形，年龄不超过~5×104 yr 螺旋星云 Helix Nebula 哑铃星云Dumbbell Nebula Cat's Eye Nebula 沙漏星云 蝴蝶星云 The Eskimo Nebula 爱斯基摩星云 白矮星 (white dwarf) Sirius in optical and X-ray 白矮星是于1862年发现（天狼伴 星）是中等质量恒星的终点，在 银河系中到处都能见到。

这类星 表面温度高、体积小、 密度大， 内部已停止核反应仅靠残留的热 发光，因个小且发白光而名为白 矮星估计它们占恒星总数的 10%（约100亿颗），已列入白 矮星星表的有2250多颗白矮星 光度非常低，只有那些最靠近我 们的才能被探测到 白矮星质量上限:Mch≈1.44 M⊙ White dwarfs X-Ray ImageOptical Image The central star in this planetary nebula, NGC 6543, is well on its way to becoming a white dwarf. (Hubble Space Telescope and Chandra X-ray Observatory/ NASA, STScI, CfA) 白矮星:M4星图中的白矮星 (White Dwarf Stars in Globular Cluster M4) 低质量恒星的一生 超新星爆发 • 超新星是某些恒星演化到终期时灾变性 的爆发 • 爆发时光度为～1010 太阳光度(相当于整 个星系的光度)，这是恒星世界中已知的 最激烈的爆发现象之一它抛射的质量范 围为1-10M⊙，抛射物质的速度为每秒几千 至几万km/s。

到2007年6月底已发现4175 颗光学超新星; 20多颗X射线超新星. 宋史中记载的超新星爆发—SN1054， 是人类记载最早的超新星爆发 中 子 星 n中子星也叫脉冲星，于1976年剑 桥大学贝尔女士发现； n半径：10km n自转周期：0.001s – 10.0 s n密度是地球密度的1015 倍 n磁场：1012 Gauss（地磁1Gauss） n质量－半径关系：中子星的质量 越大，半径越小 nOppenheimer极限质量：～2-3 M⊙ 中子星：太阳压缩到北京四环内 Puppies A 脉冲星 船尾射电源A 自然界中的黑洞是宇宙中最完美的宏观 物体: 构成它们的唯一要素是我们对空间和时 间的概念. 由于广义相对论只有唯一一组描写 它们的解, 因此它们又是宇宙中最简单的物体 . ------- Chandrasekhar 黑 洞 黑 洞 • 黑洞是超巨星经过超新星爆发遗留的产物 • 大质量黑洞就是超巨黑洞，星系的中心， 质量是太阳的百万-十亿倍，10 6-10M • 中等质量黑洞：100 M • 小质量黑洞，～10 M， 相当太阳10倍左 右的恒星发生超新星爆炸后形成 黑 洞 “发明”黑洞无疑是当代最突出的智力业绩 之一。

黑洞”一词的含义的确颇具魔力： 宇宙中有这样的星，不可能看到，却能吸引 所有近旁的物质，那是个封闭的世界；那是 无底深渊，所有物质都被无情地吸入和粉碎 …黑洞的性质实在太奇特了 黑洞是现代天文学的魔主 天文学家相信许多星系的中心深藏着巨型黑 洞 还有一种更小的黑洞可能是在宇宙创生时形 成的 白矮星 重元素丰度增加 星际气体 原恒星 主序星 红巨星 超新星爆发 弥散到 星际空间 黑洞中子星 冷却和引力不稳定 热核反应阶段 H—He 元素的合成、中微子的产生 爆发性的抛射物质 重恒星 平稳的抛射物质 中大质量恒星的一生 恒星初始质量 (M⊙)演化结局 0.01行星 0.01 M 0.08褐矮星 0.08 M 0.25He白矮星 0.25 M 8C O白矮星 8 M 12O Ne Mg白矮星 12 M 40超新星→黑洞 不同质量恒星的演化结局 钱德拉赛卡尔(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910-1995),恒星结 构和演变的理论研究于1983年诺贝尔物理学奖 现在的太阳是一颗光谱型为G2的主序星,年龄大约为50亿年，从 初生起中心已经耗尽大约一半的氢，这表示它大概还能再维持50 亿年的稳定，最后中心氢完全燃烧耗尽, 中心氦核收缩,外层急速 膨胀膨成红巨星、吞噬地球甚至火星之后，演变成行星状星云与 白矮星，在太空中逐渐冷却,暗淡,成为黑矮星。

课程安排 完 了 。