恒星演化史的里程碑

钱开鲁

宇宙间的任何恒星都要经历诞生、发展、衰老和死亡的演化过程。那么恒星是怎样演化的呢?让我们从宇宙大爆炸谈起。

宇宙从一个原始火球大爆炸后，约经过七十万年，它的温度逐渐降低下来，这时，电子和质子开始形成稳定的氢原子。它们弥散在广袤的空际，形成了气云。在气云比较密集的地方又形成了气团，这就是恒星的胚胎。由于气团所含物质较多，它就产生较强的引力场，从而进一步吸引了周围物质。这样，气团的质量就逐步增大，并在自身引力作用下，气团开始收缩。气团一旦收缩，它的引力势能就减小，根据能量守恒原理，这些减小的势能转化为气团的热能，于是，气团的核心部分变热，产生足够高的压强来暂时顶住气团的进一步收缩。

当气团核心因收缩而使温度升高到几百万度时，便发生了由氢合成氦的聚变反应，从而产生出巨大的能量，来维持恒星长达数百亿年的生命。那么，一旦恒星内的热核燃料消耗殆尽，它靠什么力来支撑住引力的作用，而防止星体进一步塌缩成极度致密的天体呢?有人认为:当恒星的燃料用尽后，它的核心部分在引力作用下，强烈收缩，并将恒星内部的原子撕裂，电子从原子中游离出来。正是这些电子所产生的斥力，阻止了恒星的进一步塌缩。1931年，美国天体物理学家钱德拉塞卡对这种星体进行了具体计算，发现只要星体的质量有限，它必然存在一个相应的半径，处在这一半径上的星体将是稳定的。即任何质量的晚期恒星都将维持在高密度的白矮星状态。

就在同一年，钱德拉塞卡马上发现，处在高密度状态星体中心的电子的动量是非常大的，还必须考虑到相对论效应的影响。1935年，他又进行了计算，发现电子间的斥力只能抵住质量小于某个值(约太阳质量的1.44倍，此值又称钱氏极限)的星体。对于大于此值的星体，它的半径将趋向于零，也就是说这类星体将要塌缩到它的中心点上。这个结果简直不可思议，那么质量大于钱氏极限的星体的最终归宿到底是什么呢?

三十年代后期，钱德拉塞卡又进行了推测，认为大质量星体在耗尽它的核能以后，在继续收缩的同时，会发射外层质量，使它的质量小于钱氏极限，从而最终趋于某一稳定状态。后来的天文发现证实了这一推测，这就是所谓超新星爆发。在此以后，天体物理学得到很快的发展。现在人们已公认，钱德拉塞卡关于不同质量的星体归宿迥然不同的结论，是研究恒星演化史上的一个里程碑。它为以后天体物理学家们提供了新的研究方向:探索大质量星体的最终命运。