恒星的归宿期阶段

恒星怎样衰亡，它的归宿怎样，同它本身的质量有很大的关系。核反应结束了，引力成为主要的矛盾方面，于是收缩成为恒星的主要趋势，恒星进入了它的衰亡期。

质量小的恒星衰亡是平静的。在太阳质量1.3倍以下的恒星，结局都是白矮星。不同质量的星走向白矮星的道路是不一样的。

这种恒星在引力作用下向中心收缩，体积变小，密度增高。它的半径最后缩到只有四五百千米，大部分比地球都要小，有的比月亮还小得多，而它们的密度却达到水的几万倍，甚至上亿倍。

收缩到这种程度，又出现了新的平衡。我们知道物质的原子中间是带正电的原子核，核外是带负电的电子。按照物理定律，正电荷和负电荷相斥，因此电子是不能互相过于靠近的。在密度相当高的时候，电子之间有一种类似于压力排斥的作用，这种作用终于抵抗了引力收缩而趋于平衡，这时它的温度虽然很高，但是因为体积很小，光度也就很弱，所以它出现在赫罗图左下角上。

比太阳质量一半还小的星，在氢聚变结束以后，由于质量小，中心温度和密度不能达到氦反应所需要的程度，所以它们不经过红巨星阶段，而直接就变成白矮星。

质量是太阳的0.5～1.3倍的恒星，或原来质量在太阳的3倍以下经过爆发抛射剩下的，在这个范围的恒星，才经过红巨星、爆发、脉动等过程成为白矮星。

质量比太阳大3倍以上的恒星，它们的衰亡要经过激烈的转变。

这一阶段是最为新奇的。

由于它们质量大，引力作用强，在这种情况下，恒星一旦核反应结束，向心的引力失去它的平衡力，不再是缓慢的收缩，而是迅猛异常的坍缩。

剧烈的坍缩使核心部分压缩到密度极高的状态，同时又向外发出强烈的冲击波，使外层物质猛然向星际空间抛射，这就是超新星爆发。

1054年(宋至和元年)，我国天文学家发现并且详细记载了一颗超新星的爆发。根据当时所记载的位置，正和我们现在看到金牛星座时的著名蟹状星云的位置相合，这个星云至今还在以很快的速度向外散开，从它散开的速度推算，它最初从中心向外散开，正相当于我国史书上所记载的观测到这颗超新星爆发的年代，所以现在天文学家认为，蟹状星云就是这颗超新星抛射出来的物质形成的。超新星爆发的时候亮度急增几千万倍以至上亿倍以上，经过几个月时间慢慢变暗下来。剧烈爆发把很大一部分恒星物质抛射到周围的空间中，成为弥漫星云。

超新星爆发以后，中心部分留下的残骸也发生了质变，不再是普通的恒星了。超新星爆发使恒星完全瓦解，是使天体由凝聚的星态转化为弥散气态这一质变的转折点。

黑洞吞噬中子星

核心部分在坍缩造成的巨大压力下，压缩成为超高密度的状态，密度高达水的百万亿倍，相当于原子核的密度。由于密度大，中子间的距离小，也产生一种排斥作用，能够同引力相对抗，于是坍缩停止。在这种情况下，原子里原来的核外电子几乎全部被挤到原子核里去，和原来的核里的质子结合成中子，这时候恒星的全部物质就都是中子，恒星便成为中子星。

按照角动量守恒的原理，物体体积缩小的时候，角速度要加快，转动惯性减小，中子星在收缩中，自转也加快了。一般恒星自转比较慢，比如太阳，大约每27天自转一周。中子星由于高度压缩，缩小到半径只有10千米左右，它的自转速度相应地加快每秒几周到几十周。

同时，由于收缩，磁力线越来越紧密，磁场因而大大加强。中子星的磁场很强，比太阳磁场要强上万亿倍。体积小，密度高，自转快，磁场强，是中子星的突出特点。

中子星的结构和物理性质是十分特殊的。在8千米到10千米的外层，温度虽然高达上亿摄氏度，但是由于高密度物质的熔点极高，这层物质仍然在熔点以下，所以形成一个坚硬的固态的外壳；从中子星中心到半径大约8千米范围里，几乎全是由中子构成的没有内摩擦的超流体。

20世纪30年代，科学家根据原子核理论，曾经预言了应该有这样一种中子星存在，但是长时间没有在天空找到它。直到1967年，射电望远镜发现了周期性辐射脉冲电磁波的脉冲星，证明它就是中子星，中子星的存在才得到了观测的验证。

如果恒星的质量超过太阳3倍以上，经过超新星爆发抛射物质以后，剩余的质量仍然大于两个太阳质量的话，那么坍缩的结果就是比中子星密度更高的天体。这是因为这种恒星的向心引力实在太大，中子间的排斥作用也不再能抵抗住引力，天体会继续收缩，不断走向更高的密度，更小的体积和更强的引力。

这时候有趣的事情发生了。

天体上的任何物体，如果要脱离这个天体，飞离到太空中去，就必须具备足够大的速度来克服引力作用。按照万有引力定律，这个脱离速度等于2GMR，G是万有引力常数，M和R是天体的质量和半径。从这个公式可以看出，天体质量越大，半径越小，物体脱离它所需要的速度也就越大。要发射一枚脱离地球飞向其他行星的火箭所需要的速度就是用这个公式计算出来的。

不难想象，对于质量比太阳还大、半径却只有十来千米的中子星和比中子星密度更高的天体，物体要脱离它的速度必定是极高的。在引力极强的情况下，这个速度要用广义相对论代替万有引力定律来推算。对于坍缩的残骸超过两个太阳质量的天体，经过计算，物体从它表面逃走的速度必须超过光速；换言之，比光速慢的物体都不能脱离这种天体。然而根据相对论，任何物体的速度都不能超过光速。因此在这种天体上，任何物体都逃不出来，即使是光，也发射不出来了。

这种天体发不出光来，而且一切东西只能进去不能出来，因此人们把它叫作黑洞。乍一看来，黑洞是不可思议的，它既不发光，我们怎么知道它存在呢？但是，它仍然有引力，仍然能和其他天体相互作用，因此有可能通过它对其他天体的影响而发现它的存在。

天文学家正在积极搜寻黑洞，但到目前为止还没有正式证实发现黑洞。近几年来，黑洞的搜寻工作已经有了一些线索。黑洞和中子星是在20世纪30年代理论上共同的预言，20世纪60年代观测证实了中子星的存在，于是大大鼓舞了人们寻找黑洞的积极性。