低质量主序星(质量小于太阳的8倍):
在红巨星阶段及以后,这颗恒星将开始一系列复杂的聚变反应,从而显著改变结构。最终,当其所有的核燃料被耗尽时,核心将缺乏继续聚变燃烧的适当条件。这是一个非常复杂的状态,因为不同质量的恒星会有不同的核心温度,因此燃烧其内部每种元素的能力也不同。支配这些过程的数学是高度非线性的微分方程,令人欣慰的是,这些方程产生的结果与 HR 图的特征完美匹配。
最终,重力将迫使恒星的核心收缩,而前恒星的外层将膨胀成行星状星云。恒星的核心将坍塌,直到量子力学过程开始,这再次稳定了恒星。泡利不相容原理指出两个相同的粒子,在这种情况下是电子,不能具有相同的量子力学性质(粒子自旋、能量、角动量等),结果证明对恒星的结构有很大的影响。产生的压力称为电子简并压力,(我们在与Ia型超新星有关的 wiki的第3.3节中更详细地讨论了这一点) 当它的半径与地球大致相同时,它会阻止恒星进一步坍缩。当这颗恒星达到这个新状态时,据说它会变成一颗白矮星。如果没有任何进一步的相互作用,白矮星将无限期地存在,它辐射掉了从前年轻、活跃时残余的热能。高质量主序星(质量大于太阳的八倍):
质量大约是太阳八倍的恒星与它们的低质量恒星有一些相似之处,但它们在从上主序带演化的方式上也存在很大差异。像低质量恒星一样,高质量恒星将消耗核心中的所有氢,然后开始融合氦,同时在氦核心周围的薄壳中燃烧氢。这种加热也导致恒星膨胀,但它的光度和大小使红巨星相形见绌,成为另一种更明亮的光谱类型,称为红超巨星。
这些恒星将继续在其核心中不断融合较重的元素,但它们可以超越在其核心中融合碳和氧的能力,一直到铁。铁是所有元素中结合最紧密的原子核,因此在此之外融合元素实际上需要输入能量,而不是提取通常会支撑恒星抵抗自身引力的能量。在这一点上,恒星的核心将坍缩到白矮星之外,因为核心的质量如此之大,以至于即使电子简并压力也无法阻止引力的无情冲击。核心进一步坍缩,直到电子与质子结合。一个超稠密的中子球仍然存在,大约有纽约市那么大。泡利不相容原理再次发挥作用,阻止中子占据相同的量子力学状态,产生所谓的中子简并压力。在某些情况下,重力甚至比中子简并压力还要强,并且核心可能会坍塌成一个黑洞。
在核心坍塌时,发生了一种被称为超新星的异常剧烈的事件。这些是宇宙中最猛烈的爆炸之一,其中产生的能量可能大于恒星前一生产生的所有能量的净总和。超新星似乎是死亡的预兆,但没有它们,我们今天所知道的生命将是不可能的。恒星在其炽热的核心中只能将元素融合至铁,但所有较重的元素都可以在超新星中形成,因为它们的温度非常高,甚至可以合成重元素。随着这些大质量恒星的爆炸,它们的全部内容物被向外推,用重元素丰富了它们的银河系,这些元素现在可以促成恒星和行星形成的连续时期。
总结
下面是一个来自 www.spacetelescope.org 的精彩视频,它将帮助您了解恒星在其生命周期中是如何演变的,使用 HR 图作为视觉辅助。请注意 HR 图的所有光谱类别如何与主序星外恒星的演化密切相关。与恒星在主序带上的寿命相比,恒星演化后期所花费的时间几乎可以忽略不计,在那里它们舒适而悠闲地将氢聚合成氦。