“你們應該知道,氦閃通常是發生在質量介于0.8倍到2倍恒星質量的恒星,距離誕生到消亡,可以說是一個長篇故事。
你們幾個上過課,應該都知道,有明媚的陽光照耀到地球,是因為太陽內部穩定地發生著核聚變反應。
但是現在的老師一定沒有告訴你們,太陽核心并沒有一個發電廠來控制,也沒有工作人員在管理,如何會保持穩定呢?
我來告訴你們,答案是引力和熱壓力的平衡。
太陽內部的引力和熱壓力,一個往內拉,一個往外推,兩者平衡的時候,太陽就穩定了,所以太陽這種天體才被稱為恒星。”
隨著科學家的講解深入,幾名剛開始一臉質疑表情的孩子逐漸被吸引了過去,認真的上著這一堂別開生面的課。
科學家繼續講道:“引力和熱壓力能夠如此默契的配合,關鍵在于熱壓力對溫度敏感程度。
當某一刻反應速度加快,放出更多能量,溫度就會升高,熱壓力會變大,超過了引力,于是就會向外膨脹,膨脹使得溫度降低,反應速度就降下來了。
反之亦然。
于是引力和熱壓力相知相愛,一起攜手讓太陽穩定發光一百億年。
然而,美好的愛情故事也會有波折。即便太陽很大,體積也是有限的,核心的燃料也有用完的那一天。
當太陽核心的氫都聚變成了氦,那時的溫度仍然比較低,不能讓氦發生聚變,熱壓力和引力的平衡就被打破了,這時的太陽仿佛也分成內外兩個截然不同的世界。
在太陽核心附近,熱壓力小了,引力會導致內核發生收縮。收縮的引力勢能會帶來一部分熱量,使得核心靠外部分的氫加速燃燒。
在太陽外層,氫殼層燃燒產生的較大的熱壓力使得太陽外層膨脹,外層膨脹一方面導致太陽半徑變大,另一方面使得太陽表面溫度降低,顏色偏紅。
這種又大又紅發展到一定程度,就是大家所熟知的紅巨星了。
前面講了,紅巨星內外是兩個世界,內核收縮,外層擴張,擴張有廣闊的空間,收縮則不然。
當紅巨星內核收縮到一定程度,其中的物質就變成了一種奇特的高密度狀態,名為簡并態下,在這種狀態下,熱壓力會逐漸消失,引力會和簡并壓臨時湊一對。
但是簡并壓的問題在于,對溫度不敏感,于是控制不了反應速度。
當核反應速度上升,放出更多的能量,核心溫度上升,核心處于簡并態的物質并不會像普通物質一樣隨之膨脹,于是沒法把溫度降低,所以溫度的升高導致了反應速度進一步上升,最終導致了氦閃。
那會的情況可以用失控兩個字來形容,在幾個小時的時間內,大量的氦猛烈地燃燒,即聚變成了碳,放出的巨大能量加熱了內核,最終簡并態消失,熱壓力回來了,于是引力和熱壓力終于破鏡重圓了。
此后,在一億度的高溫下,內核中的氦穩定地聚變為碳,外殼層中的氫聚變為氦,然后它的外層會被逐漸吹飛,變成美麗的行星狀星云,內部則留下一顆白矮星,白矮星緩慢冷卻,才是太陽的最終歸宿——黑矮星。”