PDF《天体物理学讲座 第一讲 恒星的演化 3》

讲座天体物理学讲座 第一讲 恒星的演化3 黄润乾中国科学院国家天文台云南天文台 中国科学院光学天文联合开放实验室 昆明 摘要恒星结构和演化理论是研究恒星内部的物理过程 !结构和恒星如何演化的科学 文章介绍了恒星结构和 演化模型的计算方法 恒星在赫罗图中的分布规律 恒星的形成和早期演化特性 质量不同的各类恒星从主序开始的 演化进程 恒星演化的晚期阶段和产物 白矮星 !超新星和中子星 关键词 恒星演化 恒星内部结构 ΣΤΕΛΛΑΡ Ε? ΟΛΥΤΙΟΝ ∏2± Ψυνναν Οβσ ερ ? α τορ ψ Να τ ιονα λ Α σ τ ρ ονομιχα λ Οβσ ερ ? α τορ ψ Χ η ινεσ ε Α χαδεμψ οφ Σχ ιενχεσ Υνιτεδ Λαβορ α τορ ψ οφ Οπτ ιχα λ Α σ τ ρ ονομψ Κυνμινγ Χ η ινα Αβσ τραχτ

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3 国家自然科学基金 批准号 资助项目 收到初稿 修回 引言 在浩瀚的夜空中 可以观测到各种类型的恒星 有温度很高 !颜色发白或发蓝的早型星 有体积很 大 !颜色发红的红巨星 有亮度和半径会周期变化的 变星 有体积很小 !十分暗弱但颜色发白的白矮星 还有成双在一起 互相绕转的双星等等 这些不同类 型的恒星 它们内部的结构性能 如温度 ! 密度 ! 压强 和化学组成的分布如何 在它们的内部会发生哪些 物理过程 是什么原因使它们发光 同时又使它们 演变成为具有各种不同特性的恒星 这些都是恒星 结构和演化理论所要研究的内容 恒星的内部是我们无法直接观测到的 怎样才 能了解恒星内部的情况 以及引起恒星演化的原因 恒星结构和演化理论采取的方法是 首先需要对恒 星作一些简化而合理的假设 如假设恒星是球形对 称结构的高温气体球 满足流体静力学平衡条件 遵 守能量守恒和其他在地面上已知的物理定律 在这 些假设基础上 可以建立起一系列描述恒星内部各 种物理过程及其变化的微分方程组 或者说 建立起 一个模拟恒星内部结构和演化的理论模型 再借助 于计算机解这个模型 就可以得到恒星的内部结构 和演化的规律 由理论得到的恒星结构和演化规律 需要和观测到的恒星的现象和变化规律相比较 如 果理论结果能够解释各种恒星的现象和观测到的各 种恒星变化规律 则可以认为这个理论是正确的 由 它所得到的恒星内部结构和演化规律是合理的 人们通过对恒星各种物理参数进行大量观测和 积累后 发现了恒星的/ 赫罗图0 在恒星的赫罗图 中 各类恒星的分布显现出一些特殊的规律 于是 恒星赫罗图中的各种规律就成为目前用于检验恒星 结构和演化理论是否正确的重要工具之一 通过理论和观测结果的不断比较和验证 证实 恒星结构和演化理论取得了重要进展 恒星为什么 # # 物理 会演化 主要是因为在恒星的内部不断发生着许多 物理过程 这些物理过程的发生和变化 使得整个恒 星的性质随之变化 在这些物理过程中 最主要的是 恒星内部发生的热核反应过程 热核反应释放出的 能量是维持恒星发光和不断向外辐射出大量能量的 主要能源 同时 由于热核反应 使得恒星内部的化 学组成在不断变化 如恒星中心区域内的元素可以 由氢变为氦 又由氦变为碳和氧等等 在不同的温度 下 恒星中心区域内不同元素发生热核反应时所释 放出的能量大小不同 这会使得恒星的光度以及恒 星内部的温度 ! 密度和压强的分布不断变化 恒星表 面的温度 !颜色和体积也随着变化 我们在天空中所 观测到的各种不同颜色 !不同温度和光度 !不同化学 组成和不同大小的恒星 实际是质量不同的恒星在 不同演化阶段的表现而已 这就像人类在不同年龄 时 其身高 ! 体重 !外貌等不同一样 恒星的结构和演化模型 恒星内部的物理状态和几何结构十分复杂 必 须先对恒星的几何结构和物理状态作一些简化假 设 才能对其结构和演化进行研究 这些简化假设 是 假设恒星的几何结构为球对称结构 将恒星内部划分为许多同心球层 并假设每 一球层内各种物理和化学参数都是相同的 假设恒星内部满足流体静力学平衡条件 假设磁场力 ! 潮汐力和自转可以忽略 假设恒星的总质量 不变 根据这些假设 可以给出下列描述恒星内部结 构及其变化的基本方程组≈ 流体静力学平衡方程