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星核的密度?

时间:2024-11-02 08:39:16

星核一般指恒星的核心。

星核的密度比恒星的平均密度高很多,对于太阳,其核心密度在150克/立方厘米左右,而太阳的平均密度只有约1.4克/立方厘米,比水重不了多少。恒星核的密度与恒星质量成正比。比太阳质量大的恒星,核密度也比太阳的核密度大;比太阳质量小的恒星,核密度也相对较小。

星核的温度也是如此。太阳的核心温度在1500万度,比太阳质量大的恒星,核心密度温度也高,反之亦然。

恒星核是恒星能量的产生区域。对于太阳这类小质量恒星,因为中心温度较低,产生能量的核聚变反应主要是质子-质子链式反应。在大质量恒星中,因温度和密度都高于小质量恒星,产生能量的核聚变反应主要是碳氮氧循环(CNO循环)。

恒星核心的密度不是一成不变的,是随着恒星的演化而变化的。当恒星开始核聚变反应而诞生后,恒星进入主序星阶段。在此阶段,恒星核的温度和密度基本稳定。但当核聚变反应持续发生,内部开始积累重元素(天文学中,把除氢和氦两种元素以外的所有元素都称为重元素)后,恒星中心的密度开始升高,但温度基本保持不变。并且随着重元素在核心的积累,核聚变反应发生区域逐渐向核心以外的“核心壳层表面”转移。当核心的体积和质量足够大时,壳层表面密度会逐渐下降,直到氢聚变为氦的核反应逐渐减弱至停止。恒星因为失去能量来源而继续在引力作用下收缩,使恒星核的温度和密度上升,直到核心部位引发氦核聚变为碳核的反应,其温度和密度再次稳定下来。而此时,恒星的直径已经变大,表面温度也下降了。此过程由是重复。

对于太阳这类小质量恒星,当核心物质变为碳元素时,恒星各层的核聚变反应将完全停止,其核心密度会继续升高,恒星外层会继续膨胀变大,直至恒星外层气体扩散并消失在宇宙空间,露出中央的高密度、高温恒星核心,这个恒星核心就是白矮星。白矮星的密度在1/1010吨/立方厘米之间,体积比地球大不了多少,质量不会大于1.44倍太阳质量,初始温度基本就是恒星停止核聚变反应时的中心温度,大约在1000万度以上。但由于白矮星没有能量来源,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却着。经过数千亿年的漫长岁月,年老的白矮星将渐渐变冷并停止辐射而死去。它将变成一个比钻石还硬的巨大晶体黑矮星而永存。

对于大质量恒星,在核心元素成为碳之后,还会继续收缩,足以温度和密度会继续升高,引发一系列的核聚变反应,核心最终的元素为铁,其他比铁轻的元素会逐层排列在铁心的外围,形成一个巨型的“洋葱头”结构。当各层界面上的核聚变反应都停止时,恒星会剧烈收缩,各层物质都会在极短的时间内,以极高的速度撞击到铁核上,在给予铁核以极高的冲击能量,使铁核的温度和密度继续升高外,各层物质会以几乎相同的速度反向冲出,并极速扩散到宇宙空间中去,形成超新星爆发。中心的铁质核心中的物质在极高的撞击力作用下,会把原子核外围的电子压入原子核,与核中的质子结合,形成中子,成为一颗以中子为主的极小的恒星核,就是中子星。中子星的表面温度超过1000万度,内部温度可达数十亿度,其密度高至10^13-10^14克/立方厘米,几乎达到原子核的密度。质量介于太阳质量的1.35到2.1倍,而其半径却只有10-15公里。

如果恒星的质量再大,发生超新星爆发后,恒星核还会继续收缩,密度会继续升高。形成的残骸就不是中子星,而是黑洞了。

总之,恒星核是恒星中密度最高、温度最高的区域,是恒星能量的产生地。其密度和质量将决定恒星最终的演化结果。

恒星

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