2015年8月14日 星期五

「恆星演化嘅嘢,我識條鐵咩」之 3. 紅巨星


[上一回講到,原恆星演化成主序星,踏入壯年階段。星體核心以氫為燃料,不停進行核聚變以供應抗衡恆星向內塌縮的引力。在聚變的過程中,產生了大量的光和熱,並射向四方八面。] 「恆星演化嘅嘢,我識條鐵咩」之 2. 主序星

主序星不停經歷著核聚變的過程,而恆星的一生最長的一段時間都是處於主序星這個階段。一顆主序星蘊含的氫是有限度的,所以可以預期氫是有用完的一天的。那麼用完以後怎麼辦呢?

上一篇提到,氫的聚變產生熱力,抗衡了星體引力塌縮的力量。恆星內部的溫度中心為最高,離開中心越遠,溫度越低。低至不足以發生核聚變的溫度時便不會發生熱核聚變。所以,這個核聚變的反應主要發生在恆星的正中心。當星體最中心,核心位置的氫差不多用完了,這種抗衡的力量就會越來越小。於是核心的氦(就是氫聚變後的副產品)就會向星體最中心的位置塌縮。星體的氦核縮少了,自然星體外圍的氫就要補進去。於是,星體的體積就會減小。

星體體積減少了,那本來散落在星體各處的熱力在不能向外散失(因為星體不是透明的,所以熱力要從內部走到星體表面,再散到宇宙之中不是一件簡單的事。)的情況下就會變得集中,壓力增加,星體內部的溫度就又再提高了。

當星體的溫度提高,在氦核表面的氫會被點燃。於是在氦核表面的氫會開始進行核聚變。這突如其來的能量增加會使星體急速膨漲至幾十倍,光度增加數百倍。

但因星體的熱力在星體之內迅速擴散,所以星體的表面溫度會下降至數千度。因溫度低了,顏色就會呈橙紅色。所以這星體就有了紅巨星之名。事實上,巨星其實有很多種類,某些O型、B型恆星會演化成藍巨星或超藍巨星。這是後話。

另外,核聚變的燃料其實並不只有氫。當氫聚變後,成為了氦,而氦其實也可以成為核聚變的燃料的,不過氦聚變的溫度比氫要高很多。當氫的核聚變停止時,引力塌縮的過程中所增加的溫度就可能引發氦的核聚變(一億度),星體會脹得比之前大,氦的聚變發生。氦就會聚變成碳,當核心的氦差不多燒完之後,下一波的塌縮如果達至五億度時,碳也會進行核聚變,星體會脹得比之前再大,碳會變成氮、氧等元素。







不過,引力塌縮能否達至這些高溫,就要取決恆星的引力的強弱;而引力強弱就由恆星的質量來決定。 所以,質量較大的恆星在巨星階段時,核心會有較重的元素,質量較少的,則核心會是較輕的元素。

身為主序星的太陽,太陽在氫燃燒完(約五十億年後)後,第一次塌縮後,它的溫度會高至誘發氦聚變,因這次的溫度急速提昇,太陽的體積會瞬間膨脹至原來的差不多10億倍,它的半徑會伸延至差不多2億公里。屆時會把水星、金星都吞併入太陽之中,有可能連地球也一併吞掉。當氦用完之後,太陽塌縮,核心溫度會再次提高,氦會開始聚變成碳並再一次膨脹。當氦的聚變也停止後,太陽的引力不足以塌縮至下一波的核聚變,於是,太陽就變成一顆白矮星。

這顆白矮星的內核其實是碳,碳核的外層就好像洋蔥一樣一層層包著氧、氮、氦、氫等物質。在白矮星的內部是極高溫高壓的環境,這些碳在高溫和高壓之下,以一個令大部份女性瘋狂的模式展現出來。



下一次,就談談這顆"鑽石星"吧。

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