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1、天文学概论ABriefCourseofAstronomy,Astronomy4230,Lecture6TheLifeofStars,TheLifeofStars,Throughouttheirwholehistory,starsfightanimmensestrugglebetweenGravityPressureMostofthetime:StableEquilibriumOnlyinstablebeforereachingequilibrium(BirthProcess)andafterrunningoutoffuel(Death),恒星的一生就是一部和引力斗争的历史！,Interstel
2、largasanddustpervadetheGalaxy,Interstellargasanddust,whichmakeuptheinterstellarmedium,areconcentratedinthediskoftheGalaxyCloudswithintheinterstellarmediumarecallednebulaeDarknebulaearesodensethattheyareopaqueTheyappearasdarkblotsagainstabackgroundofdistantstarsEmissionnebulae,orHIIregions,areglowing
3、,ionizedcloudsofgasEmissionnebulaearepoweredbyultravioletlightthattheyabsorbfromnearbyhotstarsReflectionnebulaeareproducedwhenstarlightisreflectedfromdustgrainsintheinterstellarmedium,producingacharacteristicbluishglow,亮星云：发射星云，反射星云星云暗星云,三叶星云(Trifidnebula),AngularMomentumProblem,Theamountofangularmo
4、mentum(AM)inatypicalstarformingcloudcoreisseveralordersofmagnitudetoolargetobecontainedinasinglestar.TwopossiblewaystodisposetheexcessAMAMistransportedtooutlyingdiffusematerialinanaccretiondisk.AMgoesintoorbitalmotionsofthestarsinabinaryormultiplesystem.,FormationofMassiveStarsandClusters,Intenserad
5、iationemittedbyamassiveaccretingprotostarcanproducefeedbackeffectsontheinfallingenvelopethatlimitscontinuingaccretion.Portostellarinteractions(e.g.mergers)mayplayanimportantroleinformationofmassivestars.,褐矮星(BrownDwarfs)FailedStars,Masses0.08M(10MJ-84MJ)Centraltemperature3millionKSurfacetemperature1
6、000K,DifferencesbetweenbrowndwarfsandplanetsPlanetsaresmallerandlighterPlanetshaveasolidcoreTheyareformedinacompletedifferentway,气体云的收缩,原恒星,主序前星,零龄主序,零龄主序,云块碎裂、辐射,MMC,MMC,MC3-6M,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:0.08MM100M质光关系和质量-半径关系LM2.5-4,RM0.5-1,不同质量主序星的演化时标,(2)星云碰撞辐射冷却坍缩,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
7、带状区域,演化路径(EvolutionaryTrack),核反应4H4He核心区粒子数nPc核心收缩Rc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,恒星主序后的演化,当恒星核心区的氢完全耗尽，恒星开始脱离主序。,1.类太阳(M1M)恒星的演化,脱离主序亚巨星支(SubgiantBranch),(2)红巨星支(RedGiantBranch),StructureofARedGiant,(3)He闪(HeliumFlash),(4)水平支(HorizontalBranch),H-R图：恒星向左下方移动至水平支,内部过程：核心He（+壳层H）燃烧RcTcRT,(5)渐进巨星支(Asymp
8、toticGiantBranch,AGB),内部过程：核心He枯竭（CO核）RcTc壳层He和H燃烧LRT,H-R图：恒星向右上方再次攀升成为红超巨星,热脉冲(ThermalPulses),H-R图：恒星移至渐进巨星支顶点。,内部过程：壳层He闪（不稳定燃烧）恒星脉动（热脉冲）抛射红巨星的包层（25%-60%恒星质量）行星状星云+高温简并CO核心,(6)CO核坍缩成白矮星(7)白矮星冷却,H-R图：恒星向左方移动。,内部过程：核心收缩T行星状星云向外弥散,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(PlanetaryNebulae),低质量恒星在死亡时抛出的气体包层
9、，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5104yr。,螺旋星云HelixNebula,RingNebula,哑铃星云DumbbellNebula,沙漏星云,蝴蝶星云ButterflyNebula,PlanetaryNebulaGallery,CatsEyeNebula,TheEskimoNebula,2较高质量(M2M)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。Livefast,dieyoung.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
10、量主要以对流的方式向外传递。,(2)中等质量（M5M）恒星的演化,5M恒星的演化,3.高质量(M10M)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,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,SequenceofEventsinaSupernovaExplosion,核反应停止，核坍缩RcTc,Fe核光致离解4He光致离解e-+pn+ne,电子数目、能量损失Pe,RcTc,星核坍缩,当rc=rnu，中子简并核坍缩停止，中子星,外部下落物质激波反弹壳层抛射II型超新星爆发,Evol
11、utionaryStagesofa25MStar,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10-6-10-4Myr-1如沃尔夫-拉叶(WR)星。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,NebulaM1-67aroundstarWR124,不同初始质量恒星的演化结局,超新星(Supernovae)和超新星遗迹(SupernovaRemnants),II/Ib/Ic型超新星高质量恒星在演化末态发生的剧烈爆炸。,星系M51中的SN1991T,特征：光度L107-1010L，Lf/Li108爆发能E1047-1052ergs（其中中微子占99
12、%，动能占1%，可见光辐射占0.01%）膨胀速度v103-104kms-1产物：膨胀气壳（超新星遗迹）+致密天体（中子星或黑洞）,SN1998aqinthegalaxyNGC3982,CrabNebulaRemnantofSupernovain1054AD,观测分类：I型与II型超新星谱线特征：I型(Ia,Ib/Ic)无H线，II型有H线光变曲线不同,*,OpticalSpectraandLightCurvesofSupernovae,爆发机制：Ia超新星爆发：双星系统中吸积白矮星的C爆轰。Ib/Ic,II型超新星爆发：大质量恒星的核坍缩。,*,环状星云的结构,Interactionofthe
13、SupernovaEjectawiththeInnerRing,Optical,Feb.2000,Radio,Sep.1999,X-ray,Oct.1999,X-ray,Jan.2000,超新星遗迹(SupernovaRemnants),超新星爆发抛出的大量物质在向外膨胀过程中与星际物质和磁场相互作用而形成的气体星云。强射电辐射和高能辐射源（同步加速辐射，激波加热）。年龄105yr形态分类：壳层型（辐射主要来自纤维状的球形壳层和星际气体的相互作用）。混合型（辐射来自遗迹整个区域，并且由中心的致密星提供能源）。,CrabNebula-OpticalandX-ray,典型的超新星遗迹,TychoN
14、ebula,天鹅圈CygnusLoop,PuppiesA,典型的超新星遗迹,CasA,TheCycleofStellarEvolution,TheHenize206nebula,N11,Lecture7CompactObjects,白矮星(WhiteDwarfs),1.发现天狼星（Sirius）双星，Porb=50yr天狼A：mv=1.45m，Mv=1.4m天狼B：mv=8.68m，Mv=11.6m,SiriusinopticalandX-ray,r=3.8106gcm-3,轨道运动M=1.05M,Teff=2.6104KR5108cm,结构：质量M0.2-1.1M（平均0.6M）半径R510
15、8-109cm密度105-107gcm-3自转周期P10sec,质量越大，半径越小!,压力dP/dRP/R5/3/RM5/3/R6,引力gM/R2M2/R5,质量半径关系(Mass-RadiusRelation),随着白矮星质量增大，简并电子气运动变成相对论性的。当质量增大，引力比压力增大得更快白矮星质量上限（Chandrasekhar极限质量）对He白矮星，Mch1.44M对CO白矮星，Mch1.4M,dP/dR4/3/RM4/3/R6,gM/R2M2/R5,Chandrasekhar极限,Whystarswithmasses8Mformwhitedwarfs?,中子星(NeutronSta
16、rs),中子星的形成,高质量(8-10M)恒星内部的核反应过程在恒星中心形成Fe核。,Fe核坍缩形成中子星，超新星爆发,中子星的结构,特征质量M1.4M,半径R10km由外向内依次为：,106gcm-341011gcm-321014gcm-31015gcm-3,表层大气cm外壳0.3km,固态金属（Fe,e）内壳0.6km,原子核、游离中子、电子。内部：超流中子和超导质子核心：超子/奇异物质？,中子星可以看成一个巨原子核，由1057个核子构成。中子处于简并状态。在中子星内部支撑星体与引力抗衡的是中子简并压力。与一般恒星相比中子星的温度很高，但相对于中子星物质的高密，它可以非常好的用零温近似来描述。,中子星的质量上限,质量半径关系：中子星的质量越大，半径越小。Oppenheimer极限质量：2-3M,射电脉冲星(RadioPulsars),(1)发现1967年剑桥大学穆拉德射电天文台研究生JocelynBell利用A.Hewish领导研制的射电望远镜发现了第一颗射
