紅巨星和超紅巨星的區(qū)別是什么?

【專家解說】：當一顆恒星度過它漫長的青壯年期——主序星階段，步入老年期時，它將首先變?yōu)橐活w紅巨星。 　　稱它為“巨星”，是突出它的體積巨大。在巨星階段，恒星的體積將膨脹到十億倍之多。 　　稱它為“紅”巨星，是因為在這恒星迅速膨脹的同時，它的外表面離中心越來越遠，所以溫度將隨之而降低，發(fā)出的光也就越來越偏紅。不過，雖然溫度降低了一些，可紅巨星的體積是如此之大，它的光度也變得很大，極為明亮。肉眼看到的最亮的星中，許多都是紅巨星。 恒星依靠其內(nèi)部的熱核聚變而熊熊燃燒著。核聚變的結(jié)果，是把每四個氫原子核結(jié)合成一個氦原子核，并釋放出大量的原子能，形成輻射壓。處于主星序階段的恒星，核聚變主要在它的中心（核心）部分發(fā)生。輻射壓與它自身收縮的引力相平衡。 　　氫的燃燒消耗極快，中心形成氦核并且不斷增大。隨著時間的延長，氦核周圍的氫越來越少，中心核產(chǎn)生的能量已經(jīng)不足以維持其輻射，于是平衡被打破，引力占了上風。有著氦核和氫外殼的恒星在引力作用下收縮，使其密度、壓強和溫度都升高。氫的燃燒向氦核周圍的一個殼層里推進。 　　這以后恒星演化的過程是：內(nèi)核收縮、外殼膨脹——燃燒殼層內(nèi)部的氦核向內(nèi)收縮并變熱，而其恒星外殼則向外膨脹并不斷變冷，表面溫度大大降低。這個過程僅僅持續(xù)了數(shù)十萬年，這顆恒星在迅速膨脹中變?yōu)榧t巨星。 　　紅巨星一旦形成，就朝恒星的下一階段——白矮星進發(fā)。當外部區(qū)域迅速膨脹時，氦核受反作用力卻強烈向內(nèi)收縮，被壓縮的物質(zhì)不斷變熱，最終內(nèi)核溫度將超過一億度，點燃氦聚變。最后的結(jié)局將在中心形成一顆白矮星。 質(zhì)量大的恒星，在氫燃料耗盡之后，不但能將氦合成氧，將核心的氧轉(zhuǎn)化為碳，其核心溫度甚至高得足以將碳合成更重的元素例如硅，直至合成鐵。 由于核心產(chǎn)生高熱，恒星的外殼會膨脹得比紅巨星更大，成為超紅巨星。 當鐵被合成后，恒星便無法將鐵合成至更重元素來產(chǎn)生能量，因為這個過程反過來是需要能量的。由于沒有能量產(chǎn)生，核心將會因引力而塌縮，密度亦越來越高，核心的質(zhì)子與電子在巨大壓力下結(jié)合成中子，并產(chǎn)生中子簡并壓力抗衡核心的進一步收縮，形成非常堅硬的核心。 在它處于超紅巨星階段時，其核心最終還會坍縮并升溫，并引發(fā)新一輪的核聚變，發(fā)生一系列由較輕元素聚變?yōu)檩^重元素的核反應(yīng)。內(nèi)部的核燃燒將按下面的順序逐一進行： 大約2×108K，氦聚變?yōu)樘? 大約在109K，碳被點燃，在一系列核反應(yīng)中生成O16， Ne20， Na23， Mg24， Si28等元素，繼氧核反應(yīng)熄火后，硅鎂等陸續(xù)燃燒，直到其中心區(qū)生成大量的鐵、鎳等元素為止。 最大質(zhì)量的恒星，一般都能完成上述全過程。一般的恒星，核聚變能夠進行到在哪一級，主要取決于其質(zhì)量的大小。我們的太陽只能發(fā)生兩級核反應(yīng)，就會進入衰亡階段，變成白矮星。在多級核反應(yīng)過程中，會出現(xiàn)一些不穩(wěn)定期，使恒星出現(xiàn)周期性的膨脹和收縮、變熱和變冷，這樣的恒星被稱為“造父變星”，造父變星在我們銀河系中就有。 在熱核反應(yīng)之后，恒星主要能生成哪類元素，與其質(zhì)量的大小密切相關(guān)。若恒星的質(zhì)量不夠大，核反應(yīng)只能進行到某個階段中止，直接進入滅亡狀態(tài)。不同質(zhì)量的恒星，其核反應(yīng)的最終結(jié)局大體如下： 質(zhì)量小于0.08個太陽——氫不能點火，將不能進行任何核反應(yīng)，例如木星。 質(zhì)量在0.08—0.35個太陽之間——氫能點火，但點不著氦的核反應(yīng)，氫熄火后即結(jié)束核燃燒階段。 質(zhì)量在0.35—約4個太陽之間——氫熄火后氦能正常點燃，但氦熄火后碳卻不能點燃，例如太陽。 質(zhì)量在大約4—10個太陽之間——核反應(yīng)的情況不十分清楚。 質(zhì)量大于10個太陽——氫、氦、碳、氧、氖、硅等都能逐級點燃，最后在中心形成鐵核，中心之外則是各種未燒盡的輕元素（Si、Mg、Ne、O、C、He、H）組成的殼層結(jié)構(gòu)。看來，我們的地球就是這類大恒星殘骸爆發(fā)后的碎片形成的。 核心外圍的物質(zhì)仍然在急劇塌縮，并與堅硬的核心相撞，產(chǎn)生強大的沖擊波，將恒星的外殼于短時間內(nèi)炸毀，稱為II形超新星。在這一瞬間，比鐵更重的元素會在此時合成，爆炸所產(chǎn)生的光度有時比整個星系所有恒星光度的總和更亮。 超新星爆炸后，恒星可有三種不同的結(jié)局: 如果爆炸后殘余的核心的質(zhì)量少于太陽質(zhì)量的1.4倍，核心會演化為白矮星。 爆炸后殘余的核心，假如其質(zhì)量介乎太陽質(zhì)量的1.4至3倍，中子簡并壓力便能抗衡恒星的收縮，形成穩(wěn)定的中子星。 但當殘余核心的質(zhì)量大于太陽質(zhì)量的三倍，中子簡并壓力也無法抗衡恒星的收縮，并且再沒有任何力量可以阻止恒星的塌縮，形成黑洞。