核反应在恒星演化中的作用

自然界中存在四种基本的相互作用，分别是万有引力，电磁力，弱相互作用和强相互作用。后两者都与原子核相关，又被称作弱核力和强核力。这四种基本力按强度大小的排序为：强核力，电磁力，弱核力，万有引力。做个相对的比较，如果设强核力的强度为1，那么电磁力的强度就是10^-2，弱核力的强度就是10^-13，万有引力的强度就是10^-38。从相互力程上来说，强核力和弱核力都是短程力，只有核子之间的距离小于几个费米时才能感受到核力的作用；电磁力和万有引力都是长程力，即使在很远很远的地方都能感受到它们的存在。从作用强度上看出，强核力的作用强度最大，它储存能量的本领也最强，核物质的能量密度也越大。万有引力的作用强度最小，最容易开发利用。

尽管引力作用强度小，但是由于恒星的质量都比较大，在恒星演化过程中引力起着主导的作用。最开始，原始星云在引力的作用下收缩，引力所做的功一半通过热辐射放射出去，一半转化为星云的内能使其的温度升高。这时，星云气体的压强与温度成正比，温度提高将导致压强增大，从而抵抗引力的收缩。当温度升高到几千度以上时，星云中的原子开始电离，导致星云的电磁辐射强度增大。这时气体的压强主要由辐射压决定，它与温度的4次方成正比。因此，有了电磁力的参与，抵抗引力收缩的能力增强。如果星云的质量不够大，其引力不足以压制辐射压，星云就不能进一步收缩，也就成不了恒星。如果星云的质量足够大，在引力的作用下，星云会进一步收缩，导致温度进一步上升，当中心温度打到1千万度时，星云的核反应就被点燃了，这时的星云才变成恒星。一般条件下，原始星云的质量越大，它的收缩就越快，温度升高的速度也就越快，变成恒星的时间也就越短。可以看出，能不能点燃核反应是星云能否成为恒星的关键。

有了核反应参与之后，恒星的活动变得比较稳定，放出光和热的速率也比较平稳。这是因为恒星中的核反应具有负反馈效应，核反应加快将导致其产生的速度变快，从而引起温度的升高和压强增大，并导致恒星气体膨胀，而恒星气体膨胀又将减少气体的密度和密度，从而减小核反应速率。因此，核反应调节着恒星演化的速度。

恒星最先开始进行的核反应是氢燃烧反应，因为氢燃烧涉及的核反应库仑位垒小，核反应最容易发生。氢又是恒星中最多物质，因此氢燃烧阶段持续的时间最长。恒星的寿命取决于恒星核心的氢原料，当核心的氢原料耗尽时恒星就进入了老年期。因此，核燃料的多少决定着恒星的寿命。

如果恒星的质量足够大，在恒星演化过程中会有更多的核素参与其中，参与的核越多，恒星演化就越剧烈，恒星的死亡就越轰轰烈烈。如果恒星能走完所有的核燃烧过程，就会发生超新星爆炸。

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自李志宏科学网博客。

链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3480465-1307394.html?mobile=1

收藏

分享