为什么新生的恒星会红化（关于恒星生命垂死阶段的7个热门事实）

红巨星是宇宙中最迷人的现象之一。垂死的星星发出的最后一口气，你可以感谢他们的存在。

什么是红巨星？

红巨星是一颗明亮的巨星，质量较低或中等（大约0.3至8太阳质量），处于恒星生命周期的后期阶段。这些东西的半径是巨大的，表面温度通常在大约4，000（2，204摄氏度）和5，800华氏度（3，204摄氏度）之间，这是相对凉爽的，因为它们的能量分布在非常大的区域。

红巨星的颜色可以从黄白色到红橙色不等，包括光谱类型为K和M的恒星，偶尔是G，以及S类恒星和大多数碳恒星。

红巨星产生能量的方式取决于它们在循环中的位置，但包括：

• 大多数红巨星都在红巨星分支（RGB）上。这些恒星仍然在惰性氦核周围的壳层中将氢融合成氦。

• 红团块恒星位于红巨星群中，使用三α机制在其核心中将氦融合成碳，位于水平分支的凉爽部分 - 恒星演化的后期阶段。

• AGB恒星，或渐近巨星分支恒星，正处于由低质量到中等质量恒星进行的恒星演化阶段。它们有一个简并的碳氧核心，一个氦燃烧的壳层，以及一个紧随其后的氢燃烧壳层。

因为它们是发光的，非常丰富，红巨星构成了大量众所周知的明亮恒星。例如，大角星是一颗K0 RGB恒星，距离地球36光年，而伽玛十字星（也称为Gacrux）是一颗距离地球约88光年的M级巨星。

在大约五十亿年的时间里，我们自己的太阳将变成一颗红巨星，膨胀并吞没内行星，甚至可能是地球。

红巨星是如何形成的？

红巨星倾向于由质量在太阳质量0.3到8倍之间的主序星形成。在这些恒星中，当恒星首次从星际介质中的坍缩分子云发展而来时，氢和氦占主导地位，存在痕量的“金属”（在恒星结构中，这仅指任何不是氢或氦的元素，即原子序数大于2）。

所有这些成分通常均匀分布在恒星上。当核心达到几百万开尔文的温度时，温度足够高，可以开始融合氢气并达到流体静力平衡（重力和向外压力之间的平衡）。此时，恒星进入主序带。在主序带期间，恒星自身的引力和核心热核聚变过程的向外压力之间的平衡维持了稳定性。

恒星在其主序带生命过程中缓慢地融合其核心中的氢，当几乎所有的氢都融合在一起时，这种平衡状态就会丧失，核心开始坍缩。这需要的时间各不相同，但我们太阳的主序带寿命将大约为100亿年。大质量较大的恒星的寿命比质量较小的恒星短，因为它们燃烧得更快。

核过程不能再发生在恒星的核心，因为它耗尽了氢燃料，这导致核心在恒星的引力下开始收缩。

当核心坍缩时，围绕核心的等离子体壳层变得足够热，开始融合氢。由此产生的额外热量导致恒星的外层大大膨胀。

在壳中燃烧氢导致所谓的镜像原理;当壳内的核心收缩时，壳体外的恒星层必须膨胀。因为恒星的表面已经膨胀，表面的能量消散，恒星的表面冷却。

恒星处于冷却和膨胀过程中的阶段通常被称为次巨星阶段。一旦恒星充分冷却，它就会停止膨胀，它的光度开始上升，它开始上升赫兹普龙-罗素（H-R）图的红巨星分支。

为什么恒星会变成红巨星？

这颗恒星的质量决定了它沿着红巨星分支前进的演化过程。当太阳的核心和其他质量小于我们太阳两倍的恒星变得足够密集时，电子简并压力将阻止它们进一步坍缩。一旦核心退化，它将继续加热，直到达到约10的温度8K，它足够热，可以启动氦与碳融合的三α过程，之所以这样称呼，是因为它涉及三个氦-4同位素或α粒子。

当整个简并核心达到这个温度时，它几乎同时开始氦聚变，这被称为“氦闪光”。氦聚变将更容易开始，并且不会产生氦闪光，因为在质量较高的恒星中，坍缩的核心将达到108K之前，它的密度足以退化。

由于这些恒星位于许多星团的H-R图中大致水平线上，因此它们生命的核心氦融合阶段被称为贫金属恒星中的“水平分支”。或者，在H-R图中所谓的红色团块上是富含金属的氦聚变恒星。

当恒星的氦气耗尽并再次坍缩时，壳层中的氦开始以类似的过程融合。氢可以在同一时刻燃烧的氦壳附近的壳中开始融合。

结果，这颗恒星进入了第二个红巨星阶段，即渐近巨星分支。这种融合氦气的过程往往会导致碳氧核心的形成。然而，恒星简并碳氧核心的聚变永远不会在质量不到太阳八倍的恒星中开始。

相反，这颗恒星将在渐近巨星分支阶段结束时驱逐其外层，使恒星的核心暴露在外并产生行星状星云，最终成为白矮星。恒星演化的红巨星阶段最终通过抛射外层质量并形成行星状星云来完成。

对于一颗太阳质量的恒星来说，红巨星阶段通常总共持续大约十亿年，几乎所有的时间都花在红巨星分支上。水平分支和渐近巨大分支的相位移动速度快十倍。

这颗恒星足够大，可以发展成质量在0.2到0.5米之间的红巨星，但不足以开始氦的聚变。

这些“中间”恒星逐渐冷却和变亮，但它们永远不会到达红巨星分支的尖端或氦核闪光。当红巨星的上升完成时，它的外层会膨胀，在类似于后渐近巨星分支恒星后变成一颗白矮星。

并非所有的恒星都变成红巨星

完全对流非常低质量的恒星可以继续将氢融合成氦长达一万亿年，直到恒星的一小部分由氢组成。与质量更大的主序星类似，温度和光度在此期间逐渐上升。尽管如此，由于所涉及的时间长度，温度最终上升了大约50%，光度上升了大约十倍。

这些类型的恒星最终会达到氦的水平，在那里它停止对流，并且锁定在核心内的剩余氢在短短几十亿年内被氧化。根据它们的质量，这些恒星可以比太阳更热，比它们起源时的亮度高十倍，尽管仍然不如太阳那么亮，在氢壳燃烧的一段时间内，这取决于质量。

即使在几十亿年后，它们仍在继续燃烧氢气，尽管它们开始变暗和冷却并形成白矮星。

非常高质量的恒星在进化路径的末端演化成红超巨星，在H-R图上水平地来回移动。最终，在大部分时间里，这些超新星将爆炸为II型超新星。

红巨星比太阳更热吗？

简而言之，是和否。这完全取决于您测量温度的位置。

艺术家对被称为红巨星的演化恒星的概念

虽然我们的太阳非常热，但它不是宇宙中最热的恒星。我们的太阳将经历其“生命”的各个阶段，就像所有其他恒星一样。在每个阶段，恒星的物理特征，包括温度和核过程，都会有所不同。太阳目前处于主序带阶段，其温度约为1000万华氏度（约5，500摄氏度）。正如我们之前所讨论的，具有适当质量和大小的恒星将在它们存在的后期发展成一颗红巨星。

虽然红巨星的表面不是特别热，在4，000（2，204摄氏度）到5，800华氏度（3，204摄氏度）之间，但它的内部可能比太阳热得多。虽然宇宙中许多其他恒星都在燃烧红巨星，但太阳还没有达到红巨星的阶段，而且很可能在数十亿年内都不会达到。

因此，根据你测量红巨星温度的位置，它可能比太阳更冷，也可能更热。

最着名的红巨星之一是古老的红星贝特尔尤斯 欧空局

恒星的大小在整个宇宙中变化很大。有些恒星的质量比太阳大几倍。

超新星也可以在质量是太阳几倍的恒星中形成。超新星是在经历极端收缩后最终爆炸的恒星。在爆炸之前，它们可能会达到30亿摄氏度的温度，这比太阳热300倍。

关于红巨星，有哪些太热门而无法处理的事实？

恭喜你走到了这一步。我们希望，到现在为止，您已经很好地理解了这些令人难以置信的自然壮举。

但是，如果您想了解有关它们的更多信息，这里是精心挑选的有关它们的重要事实。

1.红巨星应该能够支持附近的生命

艺术家对恒星灼烧其附近系外行星的概念

新的研究表明，一颗类似太阳（一个太阳质量）的恒星可能能够在大约两个天文单位的距离上维持一个可居住区数十亿年，而大约九个天文单位，而它正在演变成一颗红巨星。尽管事实上，一颗太阳质量的恒星可能会在行星系统演化成红巨星的过程中摧毁它。

此外，这样一颗假设的太阳质量恒星在完全进化成红巨星后，可能会在7到22天文单位之间维持一个可居住区，再持续一十亿年。

2. 我们的父母孙有朝一日可能会杀死我们所有人

我们自己的太阳将在大约五十亿年内进入红巨星阶段。它的外层将吞噬水星和金星，并可能吞下地球。我们的星球是否会被红巨星太阳吞噬，或者它是否会绕得太近，这仍有待科学家的争论。

无论如何，地球目前的生命状态将会结束。

事实上，可以想象，在太阳演化成红巨星之前很久，表面生命就会从我们的星球上消失。正如其质量的主序星一样，我们的恒星多年来一直在变暖，并且在几亿年后，它将足够热，开始蒸发海洋。因此，地球上可能没有多少东西可以让我们臃肿的红巨星太阳被摧毁。

根据兰开夏大学的天文学家Don Kurtz的说法，“当太阳使海洋沸腾时，地球最终会灭亡，但炽热的岩石将持续存在。

然而，其他行星可能更幸运。恒星主系统的“可居住区”，或行星表面可能存在液态水的轨道距离范围，随着恒星变成红巨星而改变。一颗恒星的红巨星相位持续大约十亿年，这可能足以让生命出现在遥远的行星和卫星上，最终可能会获得一些温暖。

康奈尔大学卡尔·萨根研究所（Carl Sagan Institute）研究员、系外行星科学家拉美西斯·拉米雷斯（Ramses M. Ramirez）在一份声明中说：“当一颗恒星老化并变亮时，宜居带会向外移动，你基本上是在为行星系统提供第二次风。

“目前，这些外部区域的物体，如欧罗巴和土卫二，围绕木星和土星运行的卫星，被锁定在我们自己的太阳系内，”他补充说。

但是，机会之窗将仅在短时间内可用。生命的亮度会随着太阳和其他较小的恒星收缩回白矮星而消失。此外，来自较大恒星的超新星可能会给可居住性带来额外的问题。

3.红色“超巨星”几乎不旋转

到目前为止，所有被探测到的红超巨星的旋转速度要么很慢，要么非常慢，在某些情况下，判断恒星是否在旋转可能是具有挑战性的。造成这种情况的原因包括质量损失，这有效地减慢了恒星的自转速度。

一些恒星，如Betelgeuse，它的自转速度仅为5公里/秒，可能与其他恒星有双星相互作用，导致它们旋转。红巨星仍然在旋转，它们的核心旋转速度比恒星的外围快得多。

4.有一颗绝对巨大的红巨星

VY大犬座与太阳和地球轨道的比较

信不信由你，有史以来发现的最大的红巨星之一是VY大犬座。这颗红巨星绝对是巨大的，大约是太阳的1，400倍。

大约4，900光年将大犬座VY与太阳分开。它也是银河系中曾经被看到或探测到的最大恒星之一。

据认为，大犬座VY已经失去了超过一半的质量，以前估计大约是17个太阳质量。据计算，大犬座的半径大约是太阳半径的1，420倍。

太阳的直径比大犬座的直径小1，750倍，大约是15亿英里（24亿公里）。如果这个超巨星出现在太阳系的中心，它的表面将延伸到木星轨道之外，有人估计它会延伸到土星的轨道。

5.一些红巨星在可见光下是不可见的

特殊的红巨星，称为渐近红巨星，是一种特殊的类型，它是如此活跃和不稳定，以至于它们排出大量自身物质的速度很快就会将它们隐藏起来，以免被窥探。

被驱逐的物质笼罩在密集的尘埃和凝结的恒星碎屑的茧中。这有效地使这些恒星对人类视觉可以感知的光波长不可见。

然而，这个茧不应该与行星状星云混淆。虽然这些恒星质量损失率巨大的主要原因尚未完全了解，但据信辐射压力及其强烈的脉动是主要的罪魁祸首。

6.据我们所知，一些红巨星也有巨行星

虽然预测巨型行星将围绕大质量恒星运行，但到目前为止已经确定的围绕红巨星运行的大约50颗巨型行星的质量之间没有相关性。

对这种现象的一种解释是“风罗氏瓣溢出机制”，它基本上指出，随着红巨星的生长，它们的行星在进入引力场时可能会吸积一些恒星物质。

7.根据原始恒星的大小，它将以非常不同的方式结束它的日子

中子星的艺术表现

红巨星的最终命运完全取决于它在主序带中的质量。对于像我们的太阳这样的普通恒星来说，它将作为白矮星自我的影子结束它的日子。

对于更大的大质量恒星，在戏剧性的超新星之后，恒星可以作为中子星结束它的日子，或者，如果足够大，诞生一个黑洞！

红巨人球迷们，这就是你今天的命运。

这些巨星老星正处于他们生命的暮年。随着它们的主要氢燃料几乎全部消耗殆尽，它们继续融合其他元素，直到它们不可避免地在荣耀的火焰中熄灭，或者萎缩成相对寒冷的尸体，远远超过它们的黄金时期。

但不要为这些明星感到难过。它是恒星生命周期中自然而必要的部分。没有它们，大多数更复杂（更重）的元素将不复存在。甚至我们的星球，以及你们，也是这个永无止境的生死循环的产物。

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