2.2 星系的演化

主序星

从星系诞生起，恒星在万有引力的作用下不断地收缩，温度也不断升高。当恒星的内部温度升高到700万度时，其内部开始发生氢的热核反应，由此产生热膨胀力与收缩力相抵抗，达到动态平衡，使恒星长期处于稳定状态，称为主序星阶段。主序星阶段是恒星演化中周期最长的一个阶段，太阳系进入这一阶段大约有50亿年了，估计太阳的主序星阶段约有100亿年。恒星质量的大小决定了恒星在主序星阶段的亮度和生命周期，但并不是质量越大生命周期越长，质量大的恒星用于抵抗收缩力的能耗也就越大，其生命周期反而越短。

红巨星

恒星演化到老年期时，氢燃料逐渐耗尽，氢的热核反应停止，其中心部分在引力作用下急剧收缩，并释放出巨大的能量，使温度再次升高，外壳急剧膨胀，形成红巨星。由主序星转化成红巨星的过程很快，在引力作用下，红巨星的内部温度重新升高，又发生了氦的热核反应，因此红巨星还可以停留相当长的时间。红巨星的表面温度虽然降低，但总发光量却增加了，因此变成一颗呈红色的亮星。

白矮星

白矮星恒星演化至晚期阶段，形成于红巨星中心的一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，因此被命名为白矮星，如天狼星伴星（图2-6）。根据白矮星的半径和质量，可以算出它的表面重力大约为地球表面的1000万～10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都已不复存在，连原子都被压碎了，电子脱离了原子轨道变为自由电子，被称为“电子简并态”。电子简并压与白矮星强大的重力平衡，维持着白矮星的稳定。

图2-6 天狼星的伴星是白矮星

超新星

天文观测者经常会发现，在某一星座位置上会突然出现一颗闪亮的“新星”，新星经过一段时间后会很快地变暗，并逐渐消失，故古人称之为“客星”。新星实际上是恒星演化到最后阶段发生猛烈爆发所形成的。超新星是爆发规模超过新星的一种“变星”，一般存在的时间只有几天到几个月。

超新星是恒星即将灭亡时的现象，其爆发的光强度相当于太阳的107～1010倍，释放能量1040～1047焦耳（图2-7）。I型超新星爆发后的物质被抛射到宇宙中弥散为星际物质，结束恒星的演化史；II型超新星未经过白矮星阶段，由红巨星爆发后，外层解体膨胀为星云，中心迅速坍塌形成中子星或黑洞，从而进入恒星演化的晚期和终了阶段。超新星爆发后形成强的射电源、X射线源和宇宙线源。超新星还是星际重元素的主要贡献者。

图2-7 麦哲伦星云中的超新星爆发