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第三講

恒星的形成和演化俞云偉華中師范大學(xué)天體物理研究所分子云:恒星的加工廠老鷹(Engle)星云船底座星云玫瑰星云獵戶座大星云馬頭星云此處質(zhì)點(diǎn)所受引力等于多少?在引力作用下將向哪里塌縮?此處質(zhì)點(diǎn)所受引力等于多少?在引力作用下將向哪里塌縮?流體力學(xué)對于溫度、密度不太高的星云(設(shè)為流體),不考慮磁場,有關(guān)物理量可以由流體力學(xué)方程組描述。從物理學(xué)來看,流體可分為液體和氣體。液體為“不可壓縮流體”,氣體為“可壓縮流體”。流體抵抗拉力和切力的特性叫做流體的粘滯性。流體力學(xué)的兩種研究方法:拉格朗日方法和歐拉方法。歐拉方法中,任意指定時(shí)刻某空間點(diǎn)的速度上式對時(shí)間求導(dǎo),可得到該空間點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)的分加速度質(zhì)量守恒——連續(xù)性方程單位時(shí)間內(nèi)流過該體積界面面元的流體質(zhì)量單位時(shí)間流出該體積總的質(zhì)量為流體質(zhì)量的減少也可以寫為能量守恒——?dú)W拉方程作用在體積元上的總壓力根據(jù)牛頓第二定律(不考慮粘滯性和熱量傳遞)金斯判據(jù)在外力作用下的波動方程。給出平面波形式的密度擾動將上式代入波動方程得到色散關(guān)系由上式定義一個(gè)臨界波數(shù)或波長(金斯波長)以金斯波長為直徑的體積內(nèi)所包含的分子云質(zhì)量成為金斯質(zhì)量當(dāng)分子云的質(zhì)量

(或尺度)時(shí),分子云就會出現(xiàn)引力不穩(wěn)定性,由此而塌縮。這個(gè)結(jié)論稱為金斯判據(jù)。在塌縮過程中,分子云必須把一部分能量輻射掉,使總能量減少。分子云必須以某種形式損失角動量。在此過程中星云變扁且密度不斷增大。最終分子云碎裂,總角動量分解為各碎塊的自轉(zhuǎn)角動量和軌道角動量。等溫收縮階段絕熱收縮階段昴星團(tuán)鬼星團(tuán)球狀星團(tuán)主序星的演化恒星在一生的演化中總是試圖處于穩(wěn)定狀態(tài)(流體靜力學(xué)平衡和熱平衡)。當(dāng)恒星無法產(chǎn)生足夠多的能量時(shí),它們就無法維持熱平衡和流體靜力學(xué)平衡,于是開始演化。恒星的一生就是一部和引力斗爭的歷史!如果恒星處于流體靜力學(xué)平衡和熱平衡,而且它的能量來自內(nèi)部的核反應(yīng),它們的結(jié)構(gòu)和演化就完全唯一地由初始質(zhì)量和化學(xué)豐度決定。當(dāng)恒星內(nèi)核核反應(yīng)停止,溫度降低,內(nèi)部壓力突然消失。此時(shí),恒星在引力的作用下將開始塌縮,中心密度可高達(dá)1010gcm-3。恒星初始質(zhì)量(M⊙) 演化結(jié)局 M<0.01 行星 0.01<M<0.08 褐矮星 0.08<M<0.25 He白矮星 0.25<M<8 CO白矮星 8<M<12(?) ONeMg白矮星 12<M<25(?) 超新星→中子星 M>25(?)超新星→黑洞、中子星? 恒星演化結(jié)局總結(jié)超新星爆發(fā)恒星鐵核塌縮致使引力能釋放核心溫度迅速升高(達(dá)到109~1010K),在此溫度下鐵原子核被光致分解質(zhì)子俘獲電子變成中子(形成原中子星),并產(chǎn)生中微子上述過程吸熱使溫度降低,吸收電子使簡并壓降低,核心繼續(xù)塌縮。內(nèi)核塌縮的引力能大部分給了中微子。強(qiáng)大的中微子束對富含鐵原子核的外殼產(chǎn)生足夠高的壓力,將外殼驅(qū)散,形成猛烈的超新星爆發(fā)。被吹散的外殼進(jìn)行迅速的連鎖核反應(yīng),產(chǎn)生出一系列比

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