哈工大天文学概论第一节1

(2) 星云碰撞→辐射→冷却→坍缩
核反应4 H → 4He
→ 核心收缩R c↓
演化路径 (Evolutionary Track)
→核心区粒子数n↓→Pc↓ → 核心区温度 Tc↑，核反应 产能率e↑
→ 光度L↑
→ 包层压力P↑ → 恒星半径R↑ 主序带：主序星从核心 H 燃烧开始到结束在 H-R 图 上占据的带状区域
700
2 × 105 4 × 106
5 × 105years
600 years 1 year
Oxygen burning
Silicon burning Core collapse Core bounce Explosion
1.5 × 109
2.7 × 109 5.4 × 109 2.3 × 1010 about 109
• He核不再是简并的，C和更重元素的燃烧可以平 稳进行。 • 核心区核反应产生的能量主要以对流的方式向外 传递。
(2) 中等质量（M ~ 5M⊙）恒星的演化
演化轨迹与物理过程 1. 恒星向右方移动成为红超 巨星。（核心 H 枯竭 → 壳层 H 燃烧） 2. 恒星向左方移动。 （核心He平稳燃烧）
– Planets are smaller and lighter – Planets have a solid core – They are formed in a complete different way
气体云的收缩 云块碎裂、辐射 原恒星 MC~3-6 M⊙ M < MC 主序前星 零龄主序 M > MC
(2) 红巨星支 (Red Giant Branch)
H-R图 恒星向右上方攀升成为 红巨星。
内部 过程
He核进一步收缩Rc↓ → Tc↑，核区电子简并 →壳层H 燃烧 L↑ →R↑→T↓ → 恒星包层产生对流 →Hayashi Track
105 yr
Structure of A Red Giant
• 演化过程 O型星→蓝超巨星→（红超巨 星）→WR星→Ib/Ic型超新星 →中子星/黑洞
Nebula M1-67 around star WR124不同初始质量恒星的演化结局
恒星初始质量 (M⊙) M < 0.01 0.01 < M < 0.08 0.08 < M < 0.25 0.25 < M < 8 8 < M < 12 (?) 12 < M < 25 (?) M > 25 (?) 演化结局 行星 褐矮星 He白矮星 CO白矮星 ONeMg白矮星 超新星→中子星 超新星→黑洞
零龄主序
主序星的演化
• 主序星的性质 – 均匀的化学组成 – 核心H燃烧 – 质量范围: 0.08 M⊙ < M < ~100 M⊙ – 质光关系和质量-半径关系
L ~ M 2.5-4, R ~ M 0.5-1
不同质量主序星的演化时标
M (M⊙) tn (yr) 30 2×106 15 107 1.0 1010 0.5 6×1010
亮星云：发射星云，反射星云 星云
暗星云
三叶星云 (Trifid nebula)
Angular Momentum Problem
• The amount of angular momentum (AM) in a typical star forming cloud core is several orders of magnitude too large to be contained in a single star. • Two possible ways to dispose the excess AM – AM is transported to outlying diffuse material in an accretion disk. – AM goes into orbital motions of the stars in a binary or multiple system.
恒星的一生就是一部和引 力斗争的历史！
Interstellar gas and dust pervade the Galaxy
• Interstellar gas and dust, which make up the interstellar medium, are concentrated in the disk of the Galaxy • Clouds within the interstellar medium are called nebulae • Dark nebulae are so dense that they are opaque • They appear as dark blots against a background of distant stars • Emission nebulae, or H II regions, are glowing, ionized clouds of gas • Emission nebulae are powered by ultraviolet light that they absorb from nearby hot stars • Reflection nebulae are produced when starlight is reflected from dust grains in the interstellar medium, producing a characteristic bluish glow
核反应停止，核坍缩 R c↓Tc↑ 外部下落物质激波反弹 →壳层抛射 →II型超新星爆发
Fe核光致离解 4He光致离解 e- + p → n + ne
当rc = rnu，中子简并 →核坍缩停止，中子星
电子数目、能量损失 → Pe↓
R c↓→Tc↑, 星核坍缩
Evolutionary Stages of a 25 M⊙ Star
Formation of Massive Stars and Clusters
• Intense radiation emitted by a massive accreting protostar can produce feedback effects on the infalling envelope that limits continuing accretion. • Portostellar interactions (e.g. mergers) may play an important role in formation of massive stars.
Stage Hydrogen burning Temperature (K) 4 × 107 Density (g/cm3) 5 Duration of stage 7 × 106 years
Helium burning
Carbon burning Neon burning
2 × 108
6 × 108 1.2 × 109
105 yr
(7) 白矮星冷却 H-R图：恒星向右下方移动。 内部过程：
白矮星冷却→黑矮星。
行星状星云 (Planetary Nebulae)
• 低质量恒星在死亡时抛出的气体包层，受到中 心高温白矮星的辐射电离而发光。 • 通常为环形，年龄不超过~5×104 yr。
螺旋星云 Helix Nebula
恒星内部物理过程 ： 核心H枯竭→壳层H燃烧
→ 核 心 He 燃 烧 → 核 心 He 枯竭
→壳层He和H燃烧
→ 核心 C 燃烧 → 核心 C 枯 竭
→壳层C、He和H燃烧 →O, Ne, Si燃烧 … →Fe核
Sequence of Events in a Supernova Explosion
5M⊙恒星的演化
3. 恒星向右上方攀升至红超 巨星。（核心He枯竭 →壳层He和H燃烧 ） 4. 恒星向左方移动，然后折 向右下方(?) （红超巨星 →行 星状星云 + 高温简并CO核 CO核坍缩→高温白矮星 白矮星冷却→黑矮星 ）
3. 高质量(M > ~10M⊙)恒星的演化
观测表现 ：
O型星→蓝超巨星→黄超巨星→红超巨星→超新星
107
3 × 107 3 × 109 4 × 1014 varies
6 months
1 day 1/4 second milliseconds 10 seconds
4. 特大质量恒星的演化
• 星风引起的质量损失
高光度恒星通常有很强的星 风～10-6-10-4 M⊙yr-1 如沃尔夫-拉叶(WR)星。
Planetary Nebula Gallery
Ring Nebula
哑铃星云Dumbbell Nebula
Cat's Eye Nebula
蝴蝶星云Butterfly Nebula
沙漏星云
The Eskimo Nebula
2．较高质量 (M > ~2M⊙) 恒星的演化
(1) 与低质量恒星演化的主要区别 • 恒星内部的H燃烧通过CNO循环进行，内部温度 更高，辐射压对维持恒星的力学平衡起更大的作 用，主序寿命更短。Live fast, die young.
II/Ib/Ic型超新星—高质量恒星在演化末态发生的剧 烈爆炸。
超新星 (Supernovae) 和超新星遗迹 (Supernova Remnants)
星系M 51中的SN 1991T
• Gravity Pressure
– Most of the time : Stable Equilibrium – Only instable before reaching equilibrium (Birth Process) and after running out of fuel (‘Death’)