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恒星誕生需要多長時間?

即使宇宙在不斷變化,人類對知識的渴望和探索的能力也與日俱增。雖然,在這個神秘而龐大的宇宙中,仍然存在著許多科學家仍然無法解答的疑惑。但也通過時間和偵探,我們了解了壹些地球之外的世界,比如行星系統的生與死。行星和恒星是如何形成的?我們是怎麽到這裏的?而恒星的生命周期會發生什麽?當地球滅亡時會發生什麽?

恒星誕生需要多長時間?

即將誕生的恒星和行星,都是從壹個不可想象的“冷雲”開始的,其中蘊含著可以萌發出壹個全新世界的種子。氫和氦分子由於重力減速,聚集在壹起;鐵、矽酸鹽和富碳物質混合形成粉塵。當塵埃粒子旋轉到這些物質的中心結合點時,壹些氣體能量將被傳輸回太空,雲將變得更冷。隨著更多的塵埃和氣體被吸入其中,雲的“口袋”變得越來越厚。這時,壹個明亮的“熱球”正在它的中心逐漸形成,引力正在這場引力與氣體、磁場的壓力對抗中贏得自己的勝利。

當“嬰兒”時期的恒星形成時,十億顆恒星的引力拖曳可能會加速和振動天然氣,或者兩個雲的碰撞可能會導致壹些氣體的聚結,那些變平並向內螺旋的物質成為吸積盤。當然,也可能是因為壹顆巨大恒星的爆炸,形成的星雲被強烈的物質風吹起,導致新生恒星的死亡。同壹個過程,很可能發生在同壹個分子雲中的幾十個甚至幾千個地方。用通俗的語言可以表述為:分子雲像地球雲,雨滴像星星。當來自這些雲的氣體坍縮和破裂時,大量的“嬰兒”恒星將在0到65438+百萬年內形成,這就是為什麽恒星經常形成更大的群體。

在銀河系和大多數其他星系中,最有可能的恒星類型和大小是不能自持的。紅矮星的質量是太陽的十三分之壹到二分之壹,代表銀河系四分之三的恒星。由於它們燃燒緩慢,它們的壽命會比現在的宇宙更長。相對罕見的類太陽恒星數量仍占星系的8%。年輕的恒星被稱為“原恒星”,直到它可以通過氫聚變反應為自己提供動力。要成為真正的恒星,它必須自發聚變氫原子形成氦,從而釋放出巨大的能量。可能需要大約4000萬年才能穩定恒星核心並停止收縮。而最終形成什麽樣的恒星呢?這取決於可用的材料。

如何知道盤中是否有行星形成?

新生恒星可以從周圍旋轉的氣體和塵埃中獲得所需的養分,然後射出猛烈的磁加速物質流。只要沒有其他恒星系統足夠靠近它並與之相互作用,在這個系統中就可以在整個生命周期中保留相同的自轉。在整個系統中,主要由氫氣和氦氣組成,氣體比氣體中的塵埃多100倍。塵埃對於含有碳和鐵等元素的行星的形成至關重要。當時間過去了大約654.38+百萬年後,雲層會開始變薄,這時就可以顯示出兩種完全不同的結構。它們是新生的恒星,還有蓬松的塵埃盤和彌漫的氣體。我們還可以通過螺旋和縫隙來判斷圓盤是否是行星形成的。

從行星“嬰兒”時期開始時的螺旋形狀,到行星變大後在圓盤中畫出的缺口,科學家可以通過尋找圓盤中的特征,找出行星可能形成的位置。比如ALMA研究的神秘系統TW Hydrae。已知最近的恒星仍然有壹個富含氣體的原行星盤,距離我們175光年。在過去的幾年中,通過對HL Tau星的研究,這個圓盤中的缺口也被揭示出來,使它看起來像壹個環,這可能是“嬰兒”星球的足跡。當時,這壹發現也成為這壹領域的重大飛躍。

行星的形成小於1%的圓盤質量。

在磁盤上寒冷的地方,微小的冰塊會附著灰塵,臟雪球可以聚集成巨大的行星核心。在這些較冷的地區,氣體分子被允許減速到足以被行星吸引。在較溫暖的盤中,巖石行星在冷恒星形成後形成,沒有太多氣體供行星阻礙。科學家捕捉到了年輕行星PDS 70b的罕見圖像。它500萬年的歷史,只比地球年齡的0.1%多壹點。它比木星大,還能生長。在它的盤面上,重力形成了壹個很大的缺口,比我們太陽系任何壹顆行星的溫度都高。

我們現在看到的太陽系只是那些在初始過程中幸存下來的東西。在我們歷史的最初幾百萬年裏,可能有早期行星實際上遷移並被太陽吸收了。氣體的存在有助於固體物質顆粒粘在壹起。塵埃團從鵝卵石大小變成了更大的巖石。在這個過程中,有的分崩離析,有的卻堅持了下來。這些是行星的基石,有時被稱為“星子”。這顆“嬰兒恒星”仍然在拋出極熱的風,由質子和中性氦原子的正電荷粒子控制。行星的形成小於1%的圓盤質量,而行星壹旦形成,就不會壹直停留在同壹個地方,每個行星系統最終都會進入中年。

大約在1-1億年間定居下來。

如果把我們太陽系的生命周期比作壹個人的壹生,那麽現在的太陽系就是中年。大約1億到10億年後,行星會趨於穩定在軌道上,恒星不會爆炸太多。然而,通過科學家對太陽系外行星的研究發現,TRAPPIST-1,壹顆以7顆地球大小的巖石行星而聞名的恒星,形成於54億至98億年前的某個地方,其大小是太陽的9%。它是壹顆非常弱的M矮星,但比我們的太陽系安全。而且,它所有的行星都非常近,都位於水星的軌道上。

在我們的太陽系中,不可能找到壹顆與主星大小相同或更大、軌道更靠近主星、溫度灼熱的熱木星。然而,我們可能會有壹顆被太陽吞噬的熱木星,但許多行星會在其他甚至更古老的系統中存活下來。例如,科學家估計HAT-P-65b的年齡為55億年,HAT-P-66b的年齡為47億年。在其他恒星周圍的其他外行星中,有質量是地球10倍的大型巖石行星“超級地球”,還有被稱為“迷妳海王星”的小型氣體行星。在我們太陽系的時代,現在看起來相對平靜,但隨著恒星年齡的增長,它最終可能會摧毀它的壹些行星。

進入紅巨星階段軌道會擴大。

從現在開始,大約60億年後,我們的太陽將進入紅巨星階段,核心將逐漸耗盡燃料。隨著氫聚變的減緩,核心會再次收縮。越來越小的核心會升溫,然後開始另壹輪核反應,將氦熔化成更重的元素。較熱的核心使氫在核心周圍物質的“殼”中熔化,恒星深處產生的額外熱量會導致其外層氣體膨脹。在強烈的爆發中,垂死的恒星拋出外層物質,紅巨星階段的結束通常是恒星生命中相對更猛烈的時期。

當紅巨星失去質量時,其行星上恒星的引力會變弱,因此它們的軌道會擴大,行星的軌道可能會變得不穩定。在我們自己的太陽系中,太陽會膨脹到融化、蒸發和吞噬壹些內部巖石行星,太陽會失去大約壹半的質量。這樣壹來,外行星的軌道也會向外漂移,在這裏下沈兩次。當燃料燃燒壽命即將結束時,太陽將變得更亮、更大,其直徑將變得如此之大,以至於可以從幸存行星的表面充滿天空。那麽,太陽和星星是會像火焰壹樣消亡,還是會因為壹點點嗚咽而崩塌?

燃料耗盡和氣體排放後的死亡和重生。

目前,紅巨星的核心在耗盡所有燃料、耗盡所有氣體後,剩下的致密星渣被稱為白矮星。白矮星被認為是“死亡”的,因為它內部的原子不再聚變,不能產生恒星能量,但它仍然處於“發光”狀態,因為它太熱了。最終,它會冷卻下來,從視野中消失。宇宙中幾乎每壹顆恒星最終都會經歷從紅巨星到白矮星的轉變。我們的太陽將在80億年後到來。雖然非常低質量的恒星比現在的宇宙時代要花更長的時間才能到達。當然,行星也可以誕生在超新星中。

如果壹顆恒星非常巨大,它可能會沿著不同的路徑膨脹成超巨星,最終爆炸成超新星。來自超新星的沖擊波可以引發新恒星的形成,並在死後創造新的生命。雖然,在超巨星周圍,到目前為止還沒有發現有壹天會爆炸的行星。但這並不意味著他們不存在。雖然超巨星非常罕見,但它遠比任何軌道物體都要耀眼。超巨星包含多層不同種類的原子,可以產生巨大的能量輸出,但我們的技術可能還不夠先進,所以暫時找不到它們的行星。巨星可能稍縱即逝,但他們的爆款在這個事件中扮演著重要的角色。

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