虽然说宇宙中所有的星星听起来都很大,但它们的运作方式都是一样的。他们生的变化,死的方式,只和一个因素有关,那就是质量。所以我们可以根据它们的分类来概括宇宙中的恒星。

宇宙中的星星种类

虽然夜空中的星星在我们肉眼看来大多是白色的,而且彼此非常相似,但其实它们有着各种各样的颜色和固有的亮度。下图是哈勃太空望远镜拍摄的恒星照片。这些细节是我们肉眼看不到的。

虽然世界上万物的命运,甚至我们自己的命运都充满了随机性,但宇宙中每颗恒星的命运(除非它与另一颗恒星并合)从诞生之日起就已经完全注定了。这正是明星从头到尾的工作方式。

当一个巨大的分子云(富含氢的冷气体云)坍塌时,其中很大一部分会形成新的恒星。恒星的大小各不相同,但气体云的质量大致均匀分布在七种主要的主序星类型中。

这意味着只有大约0.12%的恒星形成是o型和b型恒星,而大约75%是m型恒星。不出所料,O型恒星将是所有恒星中最亮和最蓝的,因为它们质量最大,消耗燃料最快。这就是为什么,当我们观察一个非常年轻的星团时,它发出的光以非常明亮的蓝色恒星为主,然后根本看不到更暗、更红的恒星,但它们确实大量存在。

恒星HR图,研究恒星演化的重要工具

如果我们将星系团中的每颗恒星按其自身的光度或本征亮度排列在y轴上,并根据其颜色排列在x轴上(左边最蓝,右边最红),我们得到一条向上弯曲的路径。这种图称为HR图(或简称H-R图),曲折的路径称为恒星主序带,恒星在其核心燃烧的主要是氢。(包括我们的太阳!)

但随着时间的推移,恒星的核心会耗尽氢燃料,而最蓝、质量最大的恒星消耗氢的速度最快!一个年轻的星团将只有主序星,而一个较老的星团会有一个看起来复杂得多的赫罗图。例如,球状星团M55非常古老,它的赫罗图如下图所示。

这个星团中的大质量恒星(所有恒星都比太阳大)早就停止了其核心的氢聚变。(左边的蓝色恒星被称为蓝色离散星,是两颗质量较低的主序星合并的结果。)当恒星的核心耗尽氢时,恒星就会收缩。而热力学告诉我们,当恒星的核心收缩时,温度会升高。核心周围形成一层氢聚变,释放出大量能量,导致恒星外层膨胀。(m星除外,因为它的质量太低,无法开始另一阶段的聚变。每颗恒星都会膨胀)

这个过程会导致主序星演化成次巨星,比之前的恒星更大主序星更亮和更冷的恒星。

现在的南河三就是这样,一颗次巨星!它是夜空中最亮、距离最近的恒星之一,距离只有11.5光年。在数千万年的时间里,亚巨星的外层将继续膨胀和冷却,而它们惰性的核心将继续升温,最终达到足以开始熔化核心中的氦的温度!

在这个阶段,恒星会膨胀得非常大,成为真正的红巨星。这是一个可能持续数亿年的演化阶段,也是恒星达到最大光度的阶段。这些恒星由于其巨大且不断增加的体积而在演化过程中逐渐冷却。当巨大的红巨星开始在其核心融合氦气,首先形成碳,然后是氧和更重的元素时,外部光度大致保持不变,但核心逐渐变小和变蓝。相比之下,下图显示了太阳和大角星(一颗橙色巨星)以及心宿二(一颗红巨星)。

这一演化阶段被称为水平分支,因此,几乎所有的k级恒星(或更重的恒星)的序列变化如下:主序(氢核燃烧)到次巨星(氢壳燃烧)到红巨星恒星(燃烧的氦核)到水平分支的恒星(持续的氦燃烧成更重的元素)。

最后,如果原恒星的质量小于太阳质量的8到10倍,聚变就会结束,恒星的核心就会收缩成白矮星。在这个过程中,恒星的外层会被吹走,变成色彩和形状各异的行星状星云。

剩下的核心白矮星只有原始恒星亮度的百万分之一,但它们比原始恒星更热,因此也更蓝。所有的K型、G型、F型、A型和大部分B型恒星最终都会变成白矮星。但是那些o型或者几颗大质量的b型星,那些10倍于太阳的质量,核心质量产生的引力会压碎单个原子,使整个核心坍缩,产生壮观的超新星爆炸,最终导致黑洞或中子星的形成!

这是整个宇宙不同星体的演化过程!