物质的形成与恒星

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1、物质的形成与恒星的演化主讲人：周立宇宙最初的三分钟一个早期宇宙理论已经被广泛接受，以致常常被天文学家称为“标准模型”。这个理论多少有点像有时被称为“大爆炸”的理论，但是它进一步对宇宙的内容作了明确得多的规定。在爆炸发生后的百分之一秒即我们能多少有把握谈论的最早时刻，宇宙的温度大约是摄氏一千亿度（1011℃）。这比最热的恒星中心还要热，事实上，它是这么热，以致不可能聚集成任何普通的物质成分，即不可能聚集成分子、原子甚至原子核，能够在爆炸中相互飞速地分离的只是各种基本粒子，早期宇宙里存在最多的几种粒子电子、正电子、中微子、光子等，不断地从纯能

2、量中产生出来，经历很短的寿命后又湮灭了。因此，它们的数目并不是预先注定的，而是由产生过程与湮灭过程的平衡确定的。此外。宇宙汤内还掺有很少量的较重粒子：中子和质子——它们组成今天世界里的原子核（质子是带正电荷的；中子比质子稍微重一点，是电中性的），比例大致是每十亿个光子（或正电子、电子、中微子）对一个质子和中子。十亿个光子对一个核粒子这个比值是建立宇宙标准模型的关键性数值，必须由观测来得到。随着爆炸继续下去，温度下降了，在约十分之一秒以后下降到摄氏三百亿（3×1010）度；约一秒以后降至一百亿度；十四秒后降至三十亿度。冷却到这个地步以后，电

3、子和正电子湮灭的速度开始快于它们从光子和中微子重新产生出来的速度。这种物质湮灭过程所释放出的能量暂时延缓了宇宙的冷却速度，不过温度仍然在下降，在最初的三分钟终了时，下降到十亿度。这个温度已经足够低，能使中子和质子开始组合成复合的原子核。首先是由一个中子和一个质子组合成一个重氢（氘）核。由于这时的密度还足够大（稍微比水小一些），所以这些氘核可以迅速地组成最稳固的轻原子核，即是由两个质子和两个中子组成的氦核。最初三分钟终了时宇宙的组成主要是光、中微子和反中微子。核物质仍然只占很小一个份额，现在它们当中有百分之七十三是氢，有百分之二十七是氦，还

4、有跟这些核物质同样稀少的电子，它们是经过电子-正电子湮灭期以后剩下的。所有这些物质继续飞驰分离着，一直在冷却下去和稀薄下去。又过了几十万年，温度终于冷却到足够低，可以让电子与氢核和氦核组成原子恒星的演化恒星是由炽热气体组成的，是能自己发光的球状或类球状天体。恒星的分类：依据光谱和光度进行的二元分类。恒星的演化：一方面依靠万有引力，把物质聚在一起，不至于漫天飞扬；一方面靠热核反应产生热量，造成粒子迅速运动，产生排斥效应，使物质不至于缩于一点。正是这对矛盾的存在，才保证了恒星的生存。当恒星中心的氢全部燃烧之后，恒星中部的热核反应停止，这时万有

5、引力战胜了热排斥，星体开始收缩。恒星表面的温度远低于中心温度（太阳中心温度1500万度，表面6000度），随着星体的塌缩，恒星外层温度开始升高，外层的氢开始点燃，这导致了外壳的膨胀，外壳膨胀和中心塌缩是同时进行的，中心部分在收缩过程中温度上升，升高的1亿度，开始点燃氦，使之合成碳，再合成氧，这个过程大约经历100万年，当中心部分氦燃烧完之后，外层氢的燃烧不断向外扩展，星体不断向外膨胀，膨胀到原来的10亿倍，由于外壳离高温的中心越来越远，表面温度逐渐降低，从黄色变成红色，由于体积巨大，这种红色巨星看起来很明亮，我们称它为红巨星。50亿年后的

6、太阳就会变成此。核能源枯竭后，红巨星将抛出一些气体，形成行星状星云；这个阶段红巨星的中心继续塌缩，形成小而高温，高密度的白矮星，白矮星的主要化学成分是碳和氧。那么宇宙中的硅镁铁等元素来自何方呀？它来自超大质量恒星，超过8个M(太阳）以上的恒星，在演变为红巨星后，在塌缩后，巨大的引力势能，把温度升高的6亿度，使得碳发生聚合反应，生成氖和镁，此反应导致温度再升高到15亿度以上，氧开始燃烧生成硫、硅等元素，温度进一步升高的30亿度，硅开始燃烧，引发成千上万种核反应，最终生成铁；当铁核的质量在1.4M以上，电子进入铁原子核，使之成为中子，在中子星

7、形成的过程中，猛烈的大爆炸把部分重物质抛向太空，成为星际物质，中子星有个上限，当超过3.4个M,会进一步塌缩形成黑洞。中子星是密度极高的恒星，它相当于把比太阳还重的物质压进一个城市大小的球体中把地球变为黑洞其体积只有兵乓球大小