按照您的问题他们从小到大的顺序为:太阳-红巨星-红超巨星-红特超巨星。
红超巨星:15倍太阳质量的恒星的核心将在一千万年中用尽它的氢元素
由于巨大的质量,
其核心处的温度及密度足够高使氦结合成碳并且同时形成氢燃烧壳层
氦核心稳定的燃烧因为恒星的引力足够大去控制它
因为热量由核心产生,
恒星的外部会膨胀的比红巨星还大,
就形成了超红巨星。
红巨星要大得多。天狼星和太阳差不多大。
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段,步入老年期时,它将首先变为一颗红巨星。红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段,根据恒星质量的不同,历时只有数百万年不等,这与恒星几十亿年甚至上百亿年的稳定期相比是非常短暂的。红巨星时期的恒星表面温度相对很低,但极为明亮,因为它们的体积非常巨大。在赫罗图上,红巨星是巨大的非主序星,光谱属于K或M型。之所以被称为红巨星是因为看起来的颜色是红的,体积又很巨大的缘故。金牛座的毕宿五和牧夫座的大角星是红巨星,猎户座的参宿四则是红超巨星。
并不是所有的恒星都会变成红巨星,只有在质量足够大时(比如太阳的质量),才可以形成红巨星,否则太大时会形成超新(巨)星或超超新(巨)星,太小时会形成红矮星。其形成过程如下:恒星依靠其内部的核聚变燃烧着。(核聚变要比核裂变所产生的能量大得多)。
处于主星序阶段的恒星,核聚变是在它的内核发生。辐射所产生的压力与它自身收缩的引力相平衡。
但氢的燃烧消耗极快,其核心形成氦核并且不断增大。随着时间的推移,氦核周围的氢越来越少,内核产生的能量已经不能维持其辐射,于是引力开始超过这个平衡。有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下开始收缩,使其密度、压强和温度都大幅升高。氢的燃烧向氦核周围的一个外壳层里推进。
然后其演化过程是:内核剧烈收缩、外壳剧烈膨胀——燃烧壳层内部的氦核向内收缩并变热,而其恒星外壳则向外膨胀并不断变冷,表面温度大幅度降低。这个过程只持续了几十万年,这颗恒星在迅速膨胀中变为红巨星。
质量在太阳的05至7倍之间的恒星,在耗尽了核心的氢燃料之后,燃烧将会移至核心外围的氢气层。因为惰性的氦核本身没有能源,便因为重力而收缩并被加热,在上面的氢也会跟着一起收缩,因此融合的速度会增加,产生更多的能量,导致恒星变得更为明亮(比原来亮1,000~10,000倍)并且使体积膨胀。体积膨胀的程度超过发光能力的增加,因此表面的有效温度下降。表面温度的下降使得恒星的颜色倾向红色,因此称为红巨星。理论上,恒星光谱从A至K的主序星会演化成为红巨星及红超巨星,而O与B型的恒星会成为蓝超巨星(与红巨星演化有很多不同处)。
当恒星的核心持续收缩到足以点燃3氦过程的密度和温度条件,氦融合就会启动。
对质量小于25倍太阳的恒星而言,氦核心需要持续收缩以对抗越来越多的核心的氦积聚,对抗重力的唯有电子简并压力。所以,当温度上升到~1亿度的点燃温度时,早已是类似“白矮星”一般的简并态致密核。这样的氦燃烧无法及时通过热膨胀把能量传输出去,就会出现热失控的氦闪,大约在1分钟内,氦核的大部分都聚变为碳核(以及后续的氧核),并向恒星外层传输出巨量的能量,导致恒星突然性变亮,并持续一个短周期。然后,核心又不再产生能量,外层的氢在较浅的位置上以较复杂的方式继续聚变成氦。恒星核心再次缓慢积聚氦,较长的一段时间后,类似的氦闪又在富含碳-氧内核外的氦包层中再次发生。这时的恒星就位于赫罗图上的渐近巨星分支上,每次氦闪后,从一个红巨星分支进入另一个分支。
大于太阳质量257倍的恒星,由于氢核聚变速度更快、核心更热,氦聚变可以在核心尚未收缩到白矮星密度的简并态前就点燃,整个核反应会比较平顺与持续的进行。当这类恒星初始的重元素含量较低(“贫金属”星)时,它们将进入水平分支——这些恒星在赫罗图上的位置是水平的分布。富含金属的恒星在这个阶段则群聚成赫罗图上的红群聚。
恒星的演化大体可分为如下阶段:一、主序是以前的阶段--恒星处于幼年时代。二、主序是星阶段--恒星处于壮年期。三、红巨星阶段--恒星处于中年期。四、白矮星阶段--恒星处于老年期。大多数恒星的一生,大体是这样度过的。
我们首先来看恒星的一生:
恒星的诞生
在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质,主要由气体和尘埃构成。它们的温度约10~100K,密度约10-24~10-23g/cm3,相当于1cm3中有1~10个氢原子。星际物质在空间的分布并不是均匀的,通常是成块地出现,形成弥漫的星云。星云里3/4质量的物质是氢,处于电中性或电离态,其余约是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子,如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多,那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下,星云会向内收缩并分裂成较小的团块,经过多次的分裂和收缩,逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时,一颗新恒星就诞生了。'
主序星
恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期,恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。这是一个相对稳定的阶段,向外膨胀和向内收缩的两种力大致平衡,恒星基本上不收缩也不膨胀。恒星停留在主序阶段的时间随着质量的不同而相差很多。质量越大,光度越大,能量消耗也越快,停留在主序阶段的时间就越短。例如:质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍、02倍的恒星,处于主序阶段的时间分别为一千万年、七千万年、一百亿年和一万亿年。
目前的太阳也是一颗主序星。太阳现在的年龄为46亿多年,它的主序阶段已过去了约一半的时间,还要50亿年才会转到另一个演化阶段。与其他恒星相比,太阳的质量、温度和光度都大概居中,是一颗相当典型的主序星。主序星的很多性质可以从研究太阳得出,恒星研究的某些结果也可以用来了解太阳的某些性质。
红巨星与红超巨星
当恒星中心区的氢消耗殆尽形成由氦构成的核球之后,氢聚变的热核反应就无法在中心区继续。这时引力重压没有辐射压来平衡,星体中心区就要被压缩,温度会急剧上升。中心氦核球温度升高后使紧贴它的那一层氢氦混合气体受热达到引发氢聚变的温度,热核反应重新开始。如此氦球逐渐增大,氢燃烧层也跟着向外扩展,使星体外层物质受热膨胀起来向红巨星或红超巨星转化。转化期间,氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多,但星体表面温度不仅不升高反而会下降。其原因在于:外层膨胀后受到的内聚引力减小,即使温度降低,其膨胀压力仍然可抗衡或超过引力,此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长,因此总光度虽可能增长,表面温度却会下降。质量高于4倍太阳质量的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时,核外放出来的能量未明显增加,但半径却增大了好多倍,因此表面温度由几万开降到三、四千开,成为红超巨星。质量低于4倍太阳质量的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降,光度却急剧增加,这是因为它们外层膨胀所耗费的能量较少而产能较多。
预计太阳在红巨星阶段将大约停留10亿年时间,光度将升高到今天的好几十倍。到那时侯,地面的温度将升高到今天的两三倍,北温带夏季最高温度将接近100℃。
大质量恒星的死亡
大质量恒星经过一系列核反应后,形成重元素在内、轻元素在外的洋葱状结构,其核心主要由铁核构成。此后的核反应无法提供恒星的能源,铁核开始向内坍塌,而外层星体则被炸裂向外抛射。爆发时光度可能突增到太阳光度的上百亿倍,甚至达到整个银河系的总光度,这种爆发叫做超新星爆发。超新星爆发后,恒星的外层解体为向外膨胀的星云,中心遗留一颗高密天体。
金牛座里著名的蟹状星云就是公元1054年超新星爆发的遗迹。超新星爆发的时间虽短不及1秒,瞬时温度却高达万亿K,其影响更是巨大。超新星爆发对于星际物质的化学成分有关键影响,这些物质又是建造下一代恒星的原材料。
超新星爆发时,爆发与坍塌同时进行,坍塌作用使核心处的物质压缩得更为密实。理论分析证明,电子简并态不足以抗住大坍塌和大爆炸的异常高压,处在这么巨大压力下的物质,电子都被挤压到与质子结合成为中子简并态,密度达到10亿吨/立方厘米。由这种物质构成的天体叫做中子星。一颗与太阳质量相同的中子星半径只有大约10千米。
从理论上推算,中子星也有质量上限,最大不能超过大约3倍太阳质量。如果在超新星爆发后核心剩余物质还超过大约3倍太阳质量,中子简并态也抗不住所受的压力,只能继续坍缩下去。最后这团物质收缩到很小的时候,在它附近的引力就大到足以使运动最快的光子也无法摆脱它的束缚。因为光速是现知任何物质运动速度的极限,连光子都无法摆脱的天体必然能束缚住任何物质,所以这个天体不可能向外界发出任何信息,而且外界对它探测所用的任何媒介包括光子在内,一贴近它就不可避免地被它吸进去。它本身不发光并吞下包括辐射在内的一切物质,就象一个漆黑的无底洞,所以这种特殊的天体就被称为黑洞。黑洞有很多奇特的性质,对黑洞的研究在当代天文学及物理学中有重大的意义。
科学家发现,在木星和土星的表面散放出来的能量比它们所吸收的能量要多,这就意味着木星和土星也可以发光,只是它们发出的是远红外线而不是可见光而已。
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