恒星是如何形成的

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起初,大量的气体(绝大部分为氢)受自身的引力吸引,而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时,气体原子越来越频繁地以越来越大的速度相互碰撞——气体的温度上升。

气体变得如此之热,以至于当氢原子碰撞时,它们不再弹开而是聚合形成氦。

如同一个受控氢弹爆炸,反应中释放出来的热使得恒星发光。这附加的热又使气体的压力升高,直到它足以平衡引力的吸引,这时气体停止收缩。

从核反应发出的热和引力吸引的平衡,使恒星在很长时间内维持这种平衡。然而,恒星最终会耗尽它的氢和其他核燃料。

貌似大谬,其实不然的是,恒星初始的燃料越多,它则被越快燃尽。这是因为恒星的质量越大,它就必须越热才足以抵抗引力。而它越热,它的燃料就被耗得越快。我们的太阳大概足够再燃烧50多亿年,但是质量更大的恒星可以在1亿年这么短的时间内耗尽其燃料,这个时间尺度比宇宙的年龄短得多了。当恒星耗尽了燃料,它开始变冷并收缩。随后发生的情况只有等到20世纪20年代末才首次被人们理解

钱德拉塞卡算出了在耗尽所有燃料之后,多大的恒星仍然可以对抗自己的引力而维持本身。这个思想是说:当恒星变小时,物质粒子相互靠得非常近,而按照泡利不相容原理,它们必须有非常不同的速度。这使得它们相互散开并企图使恒星膨胀。因此,一颗恒星可因引力的吸引和不相容原理引起的排斥达到的平衡,而保持其半径不变,正如同在它的生命的早期引力被热平衡一样。

然而,钱德拉塞卡意识到,不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。相对论把恒星中的粒子的最大速度差限制为光速。这意味着,当恒星变得足够密集之时,由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。钱德拉塞卡计算出,一个质量比大约太阳质量一倍半还大的冷的恒星不能维持本身以抵抗自己的引力。(这质量现在称为钱德拉塞卡极限。)苏联科学家列夫·达维多维奇·朗道差不多同时得到了类似的发现。

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