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title: 天文學導論－星星的一生
tags: [天文學導論]

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# 天文學導論－星星的一生

## 星雲的特質

利用無線電波觀察星雲的元素

## 星球誕生

### 原恆星的形成

氣體在星雲中的密度不均勻，有些地方密度較高而有較大的重力使得星雲塌縮，此時溫度與壓力的上升會抵抗壓縮。

因為形成的過程中充滿亂流，若將之納入考慮，會使得塌縮時的密度不均勻，而高密度的地方若重力比氣體壓力大時，會塌縮成星球，且是一次好幾個星球 -> 星團

### 原恆星的觀測

塌縮時，部分熱能會轉為電磁波而散熱，主要是一氧化碳，會發出蠻強的電磁波以散熱，協助塌縮繼續。

稱恆星的幼年與青少年時期為**原恆星**，溫度還不能點燃核融合反應，主要發出紅外光與無線電，可以點燃時稱為**恆星**。

1. 無線電波研究已經誕生的原恆星
2. 紅外光研究原恆星誕生的環境

### 噴流

原恆星會透過吸積盤的旋轉吸收氣體而增加體積（＝進食），並產生高速噴流甩出部分物質（＝排泄）。過程中壓力與溫度升高，在 700 萬度時發生==核融合==

### 赫羅圖

原恆星出現在主序星帶的==右上方==，且會不斷的趨向主序星帶

### 總結

恆星由原始星雲誕生，透過引力塌縮，亂流會使其分裂許多小區塊，塌縮時溫度與壓力上升，密度高時形成原恆星，其吸積盤不斷吸收並且發生噴流，最後溫度高到足以發生核融合。

## 恆星體重的上下限

### 愛丁頓極限：恆星體重的上限

恆星體重有上限：由於「==光壓==」，恆星內部質量越大光度越大，因此內部光
壓也越大而超過氣體造成的壓力，使得星球的氣體被吹散出去。最大的星球不超過太陽質量的 ==300== 倍

### 最瘦的恆星

體積不足而會產生「簡併壓力（量子力學）」，造成原恆星提早停止收縮而無法達成核融合，不是恆星（因無法核融合）也因為並非圍繞恆星選轉而非行星，稱為==棕矮星==（侏儒星球），需要較靈敏的紅外線望遠鏡

### 簡併壓力

由於包利不相容，使得並非所有電子都能存在同一能階上，==不同的粒子不能佔據同一個物理狀態==，此時產生簡併壓力，與氣體的溫度有關

## 星球一生的演變

分為低質量與高質量：以太陽質量 ==8 倍==為分界

### 低質量恆星

![低質量的恆星一生](https://i.imgur.com/FiTI7kZ.png)

當氫燒完就沒有核反應產生能量抵抗重力

氦需要更高的溫度核融合為碳，因此燒完氫之後的升溫也無法重啟核融合，使得大小不斷變大而由主序星變為紅巨星。
3^4^He -> 1^12^C

#### 氦閃

核心收縮到溫度足以讓氦核融合之後，顏色由紅（紅巨星）轉黃，核反應使溫度上升而又使核反應速率上升，稱為「氦核融合星」，其外層同時進行氫核融合

#### 行星狀星雲

核心的氦燒完而步入死亡時，氣體消散且會發出各色的光

![低質量的赫羅圖移動](https://i.imgur.com/vVReFHQ.png)

最後恆星的核心可以視為一顆巨大的超高密度球（白矮星）。雖然碳有可能繼續燒，但低質量恆星不足以點燃核融合（==6億度==），白矮星只有殘留的熱能來發光而不會核融合，其貢獻為宇宙的碳元素。

### 大質量的恆星一生

![大質量的恆星一生](https://i.imgur.com/BZa60t3.png)

具有催化劑使得核融合速率更快，稱為碳氮氧循環（*CNO cycle*）。

![大質量的赫羅圖移動](https://i.imgur.com/d5DTqsh.png)

#### 元素形成

軌跡大部分為橫向移動，當經過赫羅圖某區塊時，其體積會週期性變大變小，稱為「造父變星」。大質量
恆星帶來大部分周期表上的元素，除了==大爆炸產生的 75% 的氫、25% 的氦，
或宇宙射線產生的 Li, Be, B==，其他如 C, N, O 都是大質量恆星產生，且：

1. 碳捕捉氦會形成氧
2. 氧捕捉氦形成氖
3. 氖捕捉氦形成鎂

成為 **Helium Capture**，另外有 Oxygen Capture

比鐵氫的元素通常是大質量恆星核融合時產生的，捕捉慢中子而稱為 s-process (s: slow)；比鐵重
的元素則是大質量恆星爆炸時形成，捕捉快中子，稱為 r-process (r: rapid)。因為恆星死亡過程短，因此 r-process 都產生稀有金屬例如：金、銀。

![宇宙形成的元素](https://i.imgur.com/xjdqRuL.png)

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