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第26部分(第1页)

那些过于优美的主意和理论。

已经到了本书的结尾,我们学到了什么东西呢?我想是的,黑洞的出现无疑标志着一场革命的开始。这是变化着的思想和理论世界的革命,也是恒星、星系和宇宙本身的命运正在缓慢地展示出来的真实世界的革命。但是所有的革命都有隐藏的危险。作为毛里斯·梅特林克(Maurice Mae比rlink)一句格言的释义,黑洞一词仍然常常只是掩盖我们无知的一件豪华伪装。

跪赫罗图

丹麦天文学家埃纳·赫兹普隆(巳nar Her坡prung)和美国普林斯顿大学天文学家亨利·罗素(Henry Russe阿各自独立地得出了一幅表示恒星的光度与表面温度之间关系的图(图AI)。每一个温度范围定义出一种光谱型,从高温“蓝”星的O型一直到最冷的“红”星的M型。太阳是一颗G型星,“黄”色,表面温度为开氏觎皿度。

图上的点并不是无视分布的,它们的位置反映出恒星演化的轮廓。大多数恒星都集中在一条对角窄带上,称为主序带,主序状态对应着恒星核心稳定的氢燃烧。这个群体包括着半径和光度都很小的红矮星(半径以太阳半径为单位在括弧中给出)和很亮的蓝巨星。

另一群星在主序带上方水平地铺开,它们是光度很大但温度较低的红巨星和超巨星。低光度而又高温度的恒星占有主序带下方的一个区域,它们是已经坍缩的白矮星。

单颗恒星在其演化生涯中会在赫罗图上移动。太阳的演化已在图上表示出来。最初的收缩过程使它来到主序带,在这里它将度过一生的大部分时光。当核心的氢耗尽时,太阳将膨胀成为一颗红巨星,半径增大100倍,光度增大1000倍。然后它将进入不稳定阶段,一胀一编地脉动,光度也起伏变化,同时逐渐地收缩体积和升高表面温度。它的最后命运是在以行星状星云形式喷射气体之后,作为一颗枯萎的白矮星而缓慢地死去。

比太阳质量大20倍的恒星将沿不同路径演化,其主序阶段的燃烧将更快,然后膨胀成为红超巨星,再发生超新星爆发而形成中子星或黑洞。最后这两种产物只有极小量的辐射或完全不发光,因而没有在图上表示出来。

腑秘的赠一鹤翡图与恒星演化的终结

天体在压缩和膨胀两种相反力量的作用下保持平衡。压缩力可以是组成原子和分子的质子与电子之间的静电引力,或者是总是趋于使天体收缩的万有引力。“热”天体中的膨胀力是热压力,因为其中心温度很高;“冷”天体中的膨胀力则是由于量子力学的不相容原理,它在电子或中于密度超过一定值时起支撑作用。

每一个平衡态都由一种质量与平均密度之间的关系来表征,也都有这种或那种相反的力进入角色。图AZ中的质量和密度都以太阳值(ZX10”克和1克/立方厘米)为参照,所以太阳是在坐标原点上。

冷天体

由量子力学压力支持的冷星在图中由粗黑线表示。灰色区是被禁止的,因为那里违反了不相容原理。对于质量小于10刁M的天体,主要的压缩力是静电引力。相应的平衡态是行星,特征是有一个不依赖于质量的密度,其值与通常物质相等(1克/立方厘米)。P点表示行星稳定性的限度,近似地对应着木星的质量。在这个限度以上引力成为主要的压缩力,并给出密度高得多的冷平衡态。

白矮星内部的量子力学压力来自简并电子,密度可达1吨/立方厘米。C点是钱德拉塞卡极限,即白矮星的最大质量1.4Mop超过这个限度电子变成“相对论性”的,它们有着接近于光速的速度,而且不能再支撑白矮星。

中子星的内部压力来自简并中子。物质更密集得多,达到原子核的密度矿’克/立方厘米。E点是中于星稳定性的限度,相应质量是大约3Mgr在此限度以上中子成为相对论性的,不能再支持星体。对于质量大于3M的天体不存在冷平衡态。

黑洞

黑洞在图中被表示为一条斜线,与密度轴交于E点,与质量轴交于L点。L点正是米切尔和拉普拉斯所猜想的黑洞:1矿M,l克/立方厘米。由于黑洞态是由引力单独支配,所有质量和密度的黑洞原则上都可能存在。微型黑洞(图的底部)质量不大,密度却极高;巨型黑洞(图的顶部)则相反,质量极大,而密度不高。如果该线延伸到质量为1023M,则相应密度是10“’克/立方厘米,与宇宙中物质平均密度有相同量级,这似乎意味着宇宙本身可能就是最大的黑洞。

热天体

热星占有白色区。太阳和主序星集中在一条称为热核等温带的狭窄折带上,该带对应着氢聚变成氦所需要的开氏107度的中心温度。这些星的质量介于0.olMgh 100Mpe间。

恒星演化

恒星由于演化而在质量一密度图上移动,但保持在虚线方框内。图A3是方框区的放大,表示出恒星在不同演化阶段其中心发生的主要热核反应。

由于引力的控制,恒星演化的总趋势是密度增大(在图中向下移动),而质量丢失、碎裂、不稳定或爆炸等现象使其质量减小(在图中向左移动)。热星的演化必定以三种可能的冷态之一为终结:白矮星,中子星,黑洞。

质量小于SM的恒星沿A线移动。在离开氢转变成氦的主序段后,恒星中心的温度和密度都上升,直至氦能够聚合成碳。碳保持沉寂,恒星最后变成白矮星。质量更大的恒星的演化轨迹是B线,它们中心的碳能燃烧成为镁,并最后成为中子星。轨迹C是最为假设性的,它可能表示着质量在25M以上的恒星,在经过了到生成铁为止的所有热核燃烧阶段后,最终成为黑洞。