恆星如何從塵埃雲中誕生，在其生命周期中將遭受怎樣的命運？

作者：文/虞子期

恆星，代表了星系中最基本的構造塊，說到宇宙中最廣為人知的天體物體，那麼恆星一定是其中之一。要追溯一個星系的演化、動力學和歷史，往往最需要關注的就是該星系中恆星的成分、分布和年齡這幾個方面內容。與此同時，恆星還負責了重元素的製造和分配，比如氮、氧，以及碳，這些重元素的特性和行星系統的特性，有著密不可分的關係，還可能會將它們聚合。這便是為什麼天文學領域的核心之一，便是關於恆星誕生原因、生命周期和如何死亡的一系列研究。

恆星的生命長度取決於什麼

雖然，除了最大質量的恆星之外，所有恆星都存活了數十億年。但就普遍規律而言，如果恆星的質量越大，便意味著其壽命往往越短。當一顆恆星融合其核心中的所有氫氣時，核反應就會隨之停止，由於缺乏支持它所需的物質能源，核心在開始崩潰的同時，也變得更熱。但是，由於核心外部仍然可以獲得氫氣，所以，在核心周圍的殼體中氫氣依然繼續存在。而變得越來越熱的核心，會將恆星的外層向外推，從而使得它們膨脹和冷卻，以將恆星變成紅巨星。

當然，任何可能的變化都不是一成不變，比如，當恆星的質量足夠大，那麼，其坍塌的核心可能變得非常熱，以至於可以支持更多奇異的核反應，而在這些核反應得過程，可能會消耗氦元素，併產生多種這樣的「重鐵」元素。當然，這種反應並不會持續進行，只能暫時緩解這個過程。逐漸地，該恆星的內部會變得越來越不穩定，有時候會瘋狂地燃燒起來，有時甚至會面臨死亡。這些變化性的事件，會導致恆星脈動並甩掉它的外層，然後將自己籠罩在氣體和塵埃形成的繭中。而接下去它們的命運會發生什麼，則取決於其本身核心的大小。

恆星如何從塵埃雲中誕生

恆星，誕生於塵埃雲中，在大多數星系中，都分散存在著恆星。比如，獵戶座大星雲就是一個大家較為熟悉的例子。在這些雲層的深處，由於湍流產生了足夠質量的結，使得氣體和塵埃在其自身的引力作用下開始崩塌。隨著雲層的坍塌，中心的材料開始升溫。原恆星是崩潰塵埃雲的熱門核心，有朝一日它將成為一顆真正意義上的恆星。在形成恆星的三維計算機模型預測中，坍縮氣體和旋轉的塵埃雲分裂成兩到三個斑點，以解釋銀河系中的大多數恆星，為什麼是成對或者是多個恆星一起出現。

當然，並不是這些材料中的所有都能成為恆星的一部分，其中剩餘的塵埃也有可能會成為行星、小行星，又或是彗星，甚至可能仍然是塵埃。隨著雲層的坍塌，一個密集又具有熱度的核心形成，並開始聚集灰塵和氣體。在某些情況下，可能塵埃雲並沒有以穩定的速度崩潰。比如，天文學家詹姆斯麥克尼爾於2004年1月發現的一顆小星雲，它出現在了獵戶星座星雲Messier 78附近。當科學家們將探索儀器指向麥克尼爾的星雲時，發現它的亮度似乎有所不同，而其亮度的增加的原因，可能是由年輕恆星的磁場與周圍氣體之間的相互作用所導致。

兇猛熾熱的恆星煤渣之白矮星

白矮星實際上是非常古老的恆星，如果白矮星是在二元或多星系統中形成，那麼它將能會像新星一樣經歷更多的事件。當白矮星和伴星足夠接近，便會通過自己的引力將物質從該恆星的外層拖到自身上，以形成自己的表層。當表面上聚集到了足夠的氫積聚，便會發生核聚變，從而導致白矮星顯著變亮，並排出剩餘的物質。在短短几天的時間裡，輝光消退，循環再次開始。

恆星變為白矮星，對於那些像太陽一樣的普通恆星，當其恆星核暴露之時，便是彈射其外層的過程結束之時。從某種意義上而言，雖然恆星本身死了，但其兇猛熾熱的恆星煤渣，卻演化成為了白矮星。通常情況下，白矮星的大小會和我們的地球接近，雖然含有一顆恆星的質量，但它們並沒有進一步崩潰。那麼，是什麼力量支持了核心的質量？科學家們通過量子力學提供了解釋。恆星之所以沒有繼續坍塌，是因為來自快速移動電子的壓力，如果該恆星的核心越大，那麼形成的白矮星越密集。

我們可以通過白矮星的直徑大小來判斷其質量，比如，當白矮星的直徑越小，它的質量反而會越大！這樣的計算方式可能看上去比較矛盾，但在恆星中卻是非常普遍的存在。在數十億年後，我們自己的太陽也將是一顆白矮星。由於白矮星很小，並且缺乏產生能量的來源，所以從本質上而言他是非常微弱的，它們的冷卻過程伴隨著逐漸消失。當然，這種命運僅限於那些質量高達太陽質量1.4倍左右的恆星。而高於該質量得恆星，產的電子壓力不足以支持其核心進一步崩潰。

超新星不只是一個更大的新星

質量超過8個太陽的主序星，註定要在被稱為超新星的巨大爆炸中死亡，超新星自然不只是一個更大的新星。在新星中，只有恆星的表面爆炸；但在超新星中，則是恆星的核心坍塌後爆炸。超新星能釋放出幾乎令人難以想像的能量，在幾天到幾周的時間裡，超新星可能會超過整個星系。同樣地，在這些爆炸中會產生所有天然存在的元素和豐富的亞原子粒子。在大質量恆星中，一系列複雜的核反應會導致其核心產生鐵，而該恆星在獲得鐵後，便已經從核聚變中榨取了所有的能量。實際上，形成比鐵更重的元素的聚變反應，實際上是消耗能量而不是產生能量。

當這顆恆星不再有任何方法可以支撐它自己的質量，鐵芯也會發生坍塌。在短短的幾秒鐘時間之內，核心會從大約5000英里縮小到只有十幾英里，而溫度卻高達1000億度，甚至更高。在這個過程中，恆星的外層會在最初就開始與核心一起坍塌，並隨著巨大的能量釋放而反彈，然後向外猛烈拋出。在典型的星系中，大約平均每百年會發生一次超新星爆炸，在其他星系中，科學家們大約每年都會發現25到50顆超新星，並且，大多數超遠新星都是在沒有望遠鏡的情況下被發現。

恆星還將遭受哪些不同的命運

位於超新星中心的坍縮恆星核心，如果其質量包含大約1.4到3個太陽，那麼坍縮將一直持續到電子和質子結合形成中子，以產生中子星。它非常緻密，擁有類似於原子核的密度。同時，由於它質量和體積之間的比例，所以其表面的引力無疑很巨大。當一個中子星形成一個多星系統，它甚至可以通過剝離任何附近同伴的途徑，以吸收氣體。中子星所具有得強大磁場，還可以加速磁極周圍的原子粒子，以產生強大的輻射束。當這樣的光束定向使其周期性地指向地球，我們會將其視為常規輻射脈衝，這種情況下中子星，被科學家們稱為脈衝星。

當坍塌的恆星核心遠大於三個太陽質量，那麼，在它完全坍塌後會形成一個黑洞，由於其本身將是一個無限密集的物體，因此具有極強得重力，以至於沒有任何東西可以逃脫它的直接接近。科學家們可以通過光子間接檢測黑洞：黑洞的引力場是如此強大，伴星的外層也會被捕獲並被拖入其內部。當物質螺旋形成黑洞時，它會形成一個圓盤並加熱，同時發出大量的X射線和伽瑪射線，以表明潛在的隱藏伴侶的存在。然而，新星所出現得新星和超新星留下的塵埃和碎片，最終都會與周圍的星際氣體和塵埃混合，從而使其與恆星死亡期間產生的重元素和化合物聚集。最終，這些材料都會被回收利用，以為新一代恆星和伴隨的行星系統提供構建模塊。簡而言之，恆星的演化過程，其實就是它形成和破壞的循環。

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