一個恆星的演化對於一個恆星系的演化起到了決定性的作用,在宇宙中,絕大多數的恆星系其實都是雙星系統,或者三星系統。
類似於太陽系這樣的單星系統其實並不多見,這也使得太陽的演化在整個太陽系中扮演着十分重要的地位。一般來説,恆星的宿命無外乎就是白矮星,中子以及黑洞,當然,也有把自己炸得渣都不剩的。那太陽屬於上述的哪種情況呢?會不會最終演化成一顆黑洞呢?
今天,我們就來聊一聊這個話題。
太陽的演化
關於太陽的演化,我們需要從宇宙的起源説起。根據目前主流理論:宇宙起源於一次大爆炸。
大爆炸之後,宇宙開始劇烈的膨脹,同時温度急劇下降,逐漸地形成了原子核的結構。到了宇宙大爆炸之後的38萬年,形成的原子結構。
早期形成的原子大多都是氫原子和氦原子,當然也有少數的其他原子,但是並不穩定,還會繼續裂變為氦原子的狀態,從元素週期表中,我們也可以發現,氫元素和氦元素其實是排名前兩位的元素。
因此,構成恆星的主要物質其實就是氫元素和氦元素,而且這兩者佔比幾乎達到了99%左右。而恆星一般都是恆星系中的絕對主宰,太陽就是如此,太陽的質量佔據了整個太陽系質量的99.86%以上,其他的天體加起來才不到0.14%。
因此,太陽的引力十分巨大。太陽在自身引力的作用下,內核的温度會急劇升高,可以達到了1500萬度,壓強可以達到200多萬個大氣壓。
這個時候,太陽不再是普通的物質狀態,而是處於等離子態。
這種狀態下,電子會獲得足夠多的能量,然後擺脱原子核的束縛,於是,就會呈現出一鍋粒子粥的狀態,這當中電子、原子核到處跑。
因此,原子核和原子核之間就有可能結合到一起。但是,我們都知道原子核內是有質子和中子,質子是帶正電的,中子不帶電。因此,原子核是帶正電,根據同性相斥,異性相吸的道理,原子核之間是存在靜電斥力的。如果兩個原子核要結合發生核聚變反應,實際上需要克服靜電斥力。
但是太陽的温度不足以跨過這個門檻,但由於微觀世界中存在着一種叫做隧穿效應的量子現象,就可以讓原本需要能量才能促發的反應也得以發生。
不過隧穿效應發生的概率極其低,大概是一對原子核在10億年發生一次,但由於太陽的粒子數足夠多,因此還是得以進行的。不過太陽的核聚變反應並不會像氫彈那樣一下全炸了,而是緩慢地進行着。具體來説,就是先促發的是氫原子核的反應,氫原子核內就一個質子。所以,我們也可以理解成,是質子在發生反應,四個質子產生一個氦-4原子核。
太陽燃燒氫原子核大概要持續100億年,如今已經過去了46億年,這就意味着還有50多億的時間。當氫原子核逐漸燒完後,太陽內核主要就是一些氦原子核的。但是氦原子核要反應的條件比氫原子核更加苛刻。因此,太陽內核會持續收縮,温度會急劇升高,而外層會膨脹開來。此時的太陽就會成為一顆紅巨星,半徑膨脹到原來200多倍。
太陽內核在急劇的收縮下,最終促發氦原子核的反應,氦原子核核聚變會產生碳原子核和氧原子核。當氦原子核燒完後,引力不足以促發碳原子核和氧原子核的核聚變。於是,太陽內核的核反應就會停止,此時的太陽已經成為了一顆白矮星,然後就等着慢慢涼透,最終變成一顆黑矮星。因此,太陽並不會成為一個黑洞。
黑洞到底是咋來的?
太陽成為不了一個黑洞的主要原因是引力不夠,而引力不夠其實是質量不夠。科學家發現,只要引力足夠大,就可以再繼續促發碳原子核和氧原子核的核聚變反應。而且只要質量足夠大,就可以持續促發核聚變反應,一直到恆星內產生鐵原子核。
但由於有些恆星的質量足夠大,大到了太陽質量8倍以上,因此,這類恆星可以促發超新星爆炸。
具體來説就是恆星外層發生劇烈的爆炸,而內核繼續收縮,最終形成一顆中子星或者黑洞。至於是中子星還是黑洞,取決於演化過程中,內核的質量是不是大於3倍太陽質量,如果超過了3倍太陽質量,就會形成黑洞。
而太陽因為質量太小,因此並不會形成一個黑洞。