隨著暴漲的轉(zhuǎn)瞬即逝，宇宙又回復(fù)到如今日所見(jiàn)的那樣通常的膨脹速率。在宇宙誕生后的第一秒鐘，隨著宇宙的持續(xù)膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區(qū)域，大量質(zhì)子、中子和電子從背景能量中凝聚出來(lái)。一百秒后，質(zhì)子和中子開(kāi)始結(jié)合成氦原子核。在不到兩分鐘的時(shí)間內(nèi)，構(gòu)成自然界的所有原子的成分就都產(chǎn)生出來(lái)了。大約再經(jīng)過(guò)三十萬(wàn)年，宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的云。不久，星系就在其中形成了。
大爆炸發(fā)生過(guò)后十億年，氫云和氦云開(kāi)始在引力作用下集結(jié)成團(tuán)。隨著云團(tuán)的成長(zhǎng)，初生的星系即原星系開(kāi)始形成。那時(shí)的宇宙較小，各個(gè)原星系之間靠得比較近，因此相互作用很強(qiáng)。于是，在較稀薄較大的云中凝聚出一些較小的云，而其余部分則被鄰近的云所吞并。
同時(shí)，原星系由于氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星系的質(zhì)量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個(gè)個(gè)云團(tuán)各自的運(yùn)動(dòng)加上它們之間的相互作用，最終使得原星系開(kāi)始緩慢自轉(zhuǎn)。這些云團(tuán)在引力的作用下進(jìn)一步坍縮，一些自轉(zhuǎn)較快的云團(tuán)形成了盤(pán)狀；其余的大致成為橢球形。這些原始的星系在獲得了足夠的物質(zhì)后，便在其中開(kāi)始形成恒星。這時(shí)的宇宙面貌與今天便已經(jīng)差不多了。星系成群地聚集在一起，就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體云中，這樣的星系團(tuán)和星系際氣體伸展成纖維狀的結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度可以達(dá)到數(shù)億光年。如此大尺度的星系的群集在廣闊的空間呈現(xiàn)為球形。
宇宙中的大部分大星系都是旋渦星系，其次是橢圓星系，不規(guī)則星系占的比較最小。旋渦星系自轉(zhuǎn)得比較快，其盤(pán)面中含有大量塵埃和氣體，這些物質(zhì)聚集成能供恒星形成的區(qū)域。這些區(qū)域發(fā)育出含有許多藍(lán)星的旋臂，所以盤(pán)面的顏色看上去偏藍(lán)。而在其棒狀結(jié)構(gòu)和中央核球上稠密地分布著許多年老的恒星。與旋渦星系相比，橢圓星系自轉(zhuǎn)得非常慢，其結(jié)構(gòu)是均勻而對(duì)稱(chēng)的，沒(méi)有旋臂，塵埃和氣體也極少。造成這種局面的原因是早在數(shù)十億年前恒星迅速形成時(shí)就已經(jīng)將橢圓星系中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結(jié)果是造成這些星系中無(wú)法誕生新的恒星，因此橢圓星系中包含的全都是老年恒星。
宇宙中約有十億個(gè)星系的中心有一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞，這類(lèi)星系被稱(chēng)為“活躍星系”。類(lèi)星體也屬于這類(lèi)星系。
此外還有一類(lèi)個(gè)子矮小的“矮星系”。這類(lèi)星系不象大型星系那樣明亮，但其數(shù)量非常多。銀河系附近有許多矮星系，其數(shù)量比所有其它類(lèi)型星系之和都多。在鄰近的星系團(tuán)中也已發(fā)現(xiàn)了大量的矮星系。其中一些形狀規(guī)則，多半都含有星族II的恒星；形狀不規(guī)則的矮星系一般含有明亮的藍(lán)星。
星系的形狀一般在其誕生之時(shí)就已經(jīng)確定了，此后一直都保持著相對(duì)穩(wěn)定，除非發(fā)生了星系碰撞或鄰近星系的引力干擾。
銀河系是一個(gè)中型恒星系，它的銀盤(pán)直徑約為十二萬(wàn)光年。它的銀盤(pán)內(nèi)含有大量的星際塵埃和氣體云，聚集成了顏色偏紅的恒星形成區(qū)域，從而不斷地給星系的旋臂補(bǔ)充熾熱的年輕藍(lán)星，組成了許多疏散星團(tuán)或稱(chēng)銀河星團(tuán)。已知的這類(lèi)疏散星團(tuán)約有一千兩百多個(gè)。銀盤(pán)四周包圍著很大的銀暈，銀暈中散布著恒星和主要由老年恒星組成的球狀星團(tuán)。
太陽(yáng)作為一顆恒星成為了整個(gè)太陽(yáng)系的中心，以巨大的引力牽引著太陽(yáng)系中的各大天體。自人類(lèi)有記錄以來(lái)，任地球滄海桑田的變化，太陽(yáng)那耀眼的光芒也從未改變過(guò)。然而事實(shí)并不是這樣的，恒星和人一樣會(huì)經(jīng)歷生老病死。
誕生期：
恒星的演化開(kāi)始于巨分子云。一個(gè)巨分子云包含數(shù)十萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，直徑為50到300光年。在巨分子云環(huán)繞星系旋轉(zhuǎn)時(shí)，一些事件可能造成它的引力坍縮。星系碰撞造成的星云壓縮和擾動(dòng)也可能形成大量恒星。此時(shí)的恒星還只是一個(gè)巨型的“小baby”。
巨分子云
其中質(zhì)量小于0.08太陽(yáng)質(zhì)量的原始星的溫度不會(huì)到達(dá)足夠開(kāi)始核聚變的程度，它們會(huì)成為褐矮星。
褐矮星
但大部分的質(zhì)量更高的原始星的中心溫度會(huì)達(dá)到一千萬(wàn)開(kāi)氏度（開(kāi)氏溫度等于攝氏溫度加273），這時(shí)氫會(huì)開(kāi)始聚變成氦，恒星開(kāi)始自行發(fā)光。核心的核聚變會(huì)產(chǎn)生足夠的能量停止引力坍縮，達(dá)到一個(gè)靜態(tài)平衡。恒星從此進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的階段。此時(shí)的恒星已經(jīng)初具模樣。
成年期：
成年期時(shí)的恒星成為主序星。大質(zhì)量的恒星需要比較多的能量來(lái)抵抗對(duì)外殼的引力，燃燒氫的速度也快得多。小而冷的褐矮星則會(huì)緩慢地燃燒氫。
青壯年時(shí)期的恒星
中年期：
中年期時(shí)形成紅巨星，超巨星。
在形成幾百萬(wàn)到幾千億年之后，恒星會(huì)消耗完核心中的氫。在消耗完核心中的氫之后，核心部分的核反應(yīng)會(huì)停止，而留下一個(gè)氦核。失去了抵抗重力的核反應(yīng)能量之后，恒星的外殼開(kāi)始引力坍縮。一旦核心的溫度達(dá)到了1億開(kāi)氏度，核心就開(kāi)始進(jìn)行氦聚變，重新通過(guò)核聚變產(chǎn)生能量來(lái)抵抗引力。
恒星的下一步演化再一次由恒星的質(zhì)量決定。
紅巨星
衰退期：
晚年到死亡以三種可能的冷態(tài)之一為終結(jié)：白矮星、中子星、黑洞。
低質(zhì)量恒星
低質(zhì)量恒星的演化終點(diǎn)沒(méi)有直接觀(guān)察到。宇宙的年齡被認(rèn)為是一百多億年，不足以使得這些恒星耗盡核心的氫。但是小于0.5倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星甚至在氫耗盡之后都不會(huì)在核心產(chǎn)生氦反應(yīng)。在核心的反應(yīng)終止之后，褐矮星在電磁波的紅外線(xiàn)和微波波段逐漸暗淡下去。
中等質(zhì)量恒星
達(dá)到紅巨星階段時(shí)，0.4-3.4倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星的外殼會(huì)向外膨脹，而核心向內(nèi)壓縮，產(chǎn)生將氦聚變成碳的核反應(yīng)。聚變會(huì)重新產(chǎn)生能量，暫時(shí)緩解恒星的死亡過(guò)程。
通常具有0.6倍太陽(yáng)質(zhì)量，但是只有一個(gè)地球大小。（太陽(yáng)質(zhì)量是地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍）氦燃燒對(duì)溫度極其敏感，造成很大的不穩(wěn)定。巨大的波動(dòng)會(huì)使得外殼獲得足夠的動(dòng)能脫離恒星，成為行星狀星云。行星狀星云中心留下的核心會(huì)逐漸冷卻，成為小而致密的白矮星，
一對(duì)互相旋轉(zhuǎn)的白矮星
在重力和電子互斥力平衡時(shí)，白矮星是相對(duì)穩(wěn)定的。在沒(méi)有能量來(lái)源的情況下，恒星在漫長(zhǎng)的歲月中釋放出剩余的能量，逐漸暗淡下去。最終，釋放完能量的白矮星會(huì)成為黑矮星。
大質(zhì)量恒星：
在超出5倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星的外殼膨脹成為紅超巨星之后，其核心開(kāi)始被重力壓縮，溫度和密度的上升會(huì)觸發(fā)一系列聚變反應(yīng)。這些聚變反應(yīng)會(huì)生成越來(lái)越重的元素，產(chǎn)生的能量會(huì)暫時(shí)延緩恒星的坍縮。但這會(huì)造成沒(méi)有能量來(lái)對(duì)抗重力，而核心幾乎立刻產(chǎn)生坍縮。恒星演化的下一步演化機(jī)制并不明確，但是這會(huì)在幾分之一秒內(nèi)造成一次劇烈的超新星爆發(fā)。
超新星爆炸
現(xiàn)代科學(xué)尚未明確超新星爆發(fā)的機(jī)制，以及恒星殘骸的成分，但是已知有兩種可能的演化終點(diǎn)：中子星和黑洞。
中子星：
中子星的大小不超過(guò)一個(gè)大城市，但其質(zhì)量卻比太陽(yáng)質(zhì)量還大，所以其密度非常非常大。
中子星
黑洞：
被廣泛承認(rèn)的是并非所有超新星都會(huì)形成中子星。如果恒星質(zhì)量足夠大，那么連中子也會(huì)被壓碎，直到恒星的半徑小于某一特定的數(shù)值后，光也無(wú)法射出，成為一個(gè)黑洞。
質(zhì)量要求：塌縮的內(nèi)核質(zhì)量超過(guò)3.2倍太陽(yáng)的質(zhì)量。
宇宙中的黑洞
一個(gè)黑洞正在“吞噬”其他天體
揭示恒星生命周期的“赫羅圖”
晴朗夜空中布滿(mǎn)了閃爍的繁星，這是證據(jù)表明我們只是一顆環(huán)繞在浩瀚宇宙中的一顆小恒星公轉(zhuǎn)的小星球。
從獵戶(hù)座到北斗七星，盡管人類(lèi)已經(jīng)命名了一些星座的恒星，但在現(xiàn)實(shí)中，宇宙中的恒星數(shù)量浩如煙海，無(wú)法一一為它們命名。
那么宇宙中的恒星數(shù)量有多少呢？究竟有多少顆恒星不完全清楚，但是肯定是很多、很多。
搜尋星系
想要知道宇宙中的恒星數(shù)量，一種方法是弄清在一個(gè)典型星系中的平均恒星數(shù)量，然后將其乘以宇宙中的星系數(shù)量。
各種類(lèi)型的星系
根據(jù)今年十月的一項(xiàng)最新研究，天文學(xué)家利用來(lái)自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的深場(chǎng)圖像發(fā)現(xiàn)，宇宙的星系數(shù)量是此前認(rèn)為的10倍，總計(jì)大約有2萬(wàn)億個(gè)星系。
在最漆黑的夜晚，肉眼可以看到只有不到一萬(wàn)顆的恒星。但根據(jù)天文學(xué)家的估計(jì)，平均每個(gè)星系擁有1億顆恒星。但是得到這個(gè)數(shù)字并非只是通過(guò)把天文望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)天空，然后計(jì)數(shù)出恒星的數(shù)量。只有星系中最明亮的恒星才能被天文望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)到。
例如，2008年，斯隆數(shù)字巡天（覆蓋天空中三分之一的所有可觀(guān)測(cè)到的天體）探測(cè)到大約4800萬(wàn)顆恒星，這只是估計(jì)恒星數(shù)量的一半 。如果在銀河系鄰近的仙女座星系之中，有顆與太陽(yáng)一樣亮的恒星，那么使用傳統(tǒng)的天文望遠(yuǎn)鏡（如斯隆數(shù)字巡天所使用的那些）是無(wú)法觀(guān)測(cè)到的。
相反，估計(jì)星系中恒星的數(shù)量是基于星系的質(zhì)量。因?yàn)橛钪嬲谂蛎?，并且星系之間互相遠(yuǎn)離，所以平均而言，從其他星系發(fā)出的光會(huì)出現(xiàn)輕微的“紅移”，這意味著它的波長(zhǎng)被拉長(zhǎng)了。但由于星系的自轉(zhuǎn)，星系中的某些部分實(shí)際上是靠近地球運(yùn)動(dòng)，這意味著一些光會(huì)出現(xiàn)“藍(lán)移”。通過(guò)使用這些光學(xué)測(cè)量，天文學(xué)家可以粗略估計(jì)星系的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而揭示了它的質(zhì)量。不過(guò)，天文學(xué)家還必須要過(guò)濾掉所有的暗物質(zhì)、或施加引力作用而不反光的物質(zhì)。
來(lái)自美國(guó)伊薩卡學(xué)院（Ithaca College）的天文學(xué)家David Kornreich表示，在一個(gè)典型的星系中，如果通過(guò)觀(guān)測(cè)星系自轉(zhuǎn)曲線(xiàn)（星系中的恒星、氣體和塵埃的速度隨著與星系中心的距離而變化）來(lái)測(cè)量它的質(zhì)量，那在得到的結(jié)果中暗物質(zhì)大約占了90%。
把宇宙的星系數(shù)量（大約是2萬(wàn)億）乘以平均每個(gè)星系的恒星數(shù)量（大約1億顆），可以得到整個(gè)宇宙大約有2萬(wàn)億億顆的恒星（即2×10^20顆恒星）。當(dāng)然，這只是估計(jì)的全宇宙恒星數(shù)量，究竟有多少顆恒星只有天知道。
人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不感覺(jué)到引力的存在，無(wú)論是當(dāng)你跳起或者攀登的時(shí)候，引力總是將你吸引下來(lái)，為了想辦法抗?fàn)?，你必須花費(fèi)一定的力氣，產(chǎn)生與引力相反方向的力，如果是系了繩索的話(huà)就可以拉著繩子攀登，這樣就可以對(duì)抗和克服引力，但是這并不是說(shuō)引力就放棄了，引力一直在起作用，所以你時(shí)刻需要用力，防止掉下去。
這對(duì)恒星也是一樣。恒星要用力防止將它們擠碎，而引力要將它們壓向中央。對(duì)于恒星來(lái)說(shuō)，核能所提供的能量形成壓力充當(dāng)繩索，熱量使得粒子高速移動(dòng)，它們向外沖形成的壓力和恒星的引力相抗衡，恒星向外的壓力與其重力平衡，就這樣它可以高興地燃燒，一直到發(fā)生重大改變。
恒星的大部分時(shí)間都處在這樣的平衡狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱(chēng)為“主序”，我們的太陽(yáng)就是一顆主序星，我們應(yīng)為此感到高興，它每天能給我們提供幾乎等量的能量，這樣使得生命成為可能。
但并不是所有的恒星都是這樣，有些比太陽(yáng)小很多，溫度要低不少，另外一些卻大很多，更炎熱。恒星的溫度體現(xiàn)在光的顏色上，像太陽(yáng)那樣的恒星，大部分的光線(xiàn)都是黃色的，如果太陽(yáng)變得更熱的話(huà)，主要的光會(huì)是偏藍(lán)色的，甚至是紫外線(xiàn)，而溫度較低的恒星釋放紅色的光芒。
小而溫度較低的紅色恒星，如比鄰星是離太陽(yáng)最近的恒星，它們被稱(chēng)為“紅矮星”，它們可以小到太陽(yáng)的1/10，表面溫度要低幾千度。紅矮星是最普通的恒星，這樣黯淡的紅矮星比像太陽(yáng)一樣的恒星多得多。
當(dāng)然，當(dāng)你仰望夜空時(shí)，看到的大多不是這些星星，看不到紅矮星是因?yàn)樗麄兒馨担隳芸吹降氖窍∮械牧列牵鼈兌己苓h(yuǎn)很遠(yuǎn)。當(dāng)然還有巨大的藍(lán)色主序星，平均表面溫度達(dá)到華氏溫度45000度，可以有達(dá)到太陽(yáng)的20倍的物質(zhì)，要明亮1萬(wàn)倍。
恒星誕生和滅亡的過(guò)程跟恒星的大小有關(guān)系，有多少物質(zhì)是很重要的，因?yàn)檫@決定恒星的生命歷程。恒星如果很大的話(huà)，壽命要比其他的小恒星小很多，這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)奇怪，因?yàn)榇蠛阈堑娜剂细?，一般?huì)認(rèn)為它們生命更長(zhǎng)，但事實(shí)上恒星越大燒的越快，比小恒星更快燒完，這違反了我們的直覺(jué)。
不妨想象一下，有兩個(gè)賭徒，我們會(huì)期待錢(qián)多的會(huì)玩得更久，因?yàn)樗摹叭剂细唷?，但是如果他是在賭大籌碼呢？。一個(gè)很有錢(qián)的賭徒每次下注一萬(wàn)美金，錢(qián)會(huì)很快用光。
同樣道理，擁有的物質(zhì)越多，溫度越高，壓力越大，核聚變的速度越快，質(zhì)量越大消耗越快。計(jì)算起來(lái)并不能看有多少燃料以及轉(zhuǎn)化率，大質(zhì)量恒星的生命消逝得更快，它們像兩頭點(diǎn)著的蠟燭，開(kāi)在生命的快車(chē)道上，大質(zhì)量恒星可能會(huì)在一百萬(wàn)年就會(huì)消失。
太陽(yáng)十倍大的恒星，壽命卻只有太陽(yáng)的千分之一。我們的太陽(yáng)的壽命大約為100億年，所以太陽(yáng)十倍大的恒星壽命只有一千萬(wàn)年。大質(zhì)量恒星的壽命一百萬(wàn)年計(jì)，而最小質(zhì)量的恒星以百億甚至千億年計(jì)。宇宙開(kāi)始產(chǎn)生小質(zhì)量恒星百億年來(lái)，誕生的每一個(gè)小質(zhì)量恒星都處于其嬰兒期，這樣的恒星距離死亡都還很遙遠(yuǎn)。
恒星的演化并不是一蹴而就的事。氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹?，氦轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐脑兀钡阶罱K的災(zāi)難性結(jié)局。這期間存在著不同的階段，各個(gè)階段內(nèi)存在著很多轉(zhuǎn)化過(guò)程。
要理解這一切，我們就需要從恒星的誕生講起。首先，我們要找到一顆新生的恒星，它們通常存在于巨大的疏散星團(tuán)內(nèi)。
在一個(gè)年輕的星團(tuán)內(nèi)，通常會(huì)有許多質(zhì)量各不相同的恒星。有質(zhì)量最大、溫度最高的O級(jí)和B級(jí)恒星——它們的質(zhì)量是太陽(yáng)的幾十甚至幾百倍；也有質(zhì)量最小、顏色最紅、最昏暗的M級(jí)恒星。此外還有許多所謂的“失敗的恒星”——褐矮星。恒星的顏色、亮度和質(zhì)量的關(guān)系，如下圖所示。
總的來(lái)說(shuō)，在這種對(duì)應(yīng)關(guān)系中起決定性作用的，是它們的“質(zhì)量”。但是實(shí)際情況更加微妙，也更具啟發(fā)性。
恒星發(fā)光的根本原因是它們的內(nèi)核正在發(fā)生核聚變。即使是質(zhì)量最低的M級(jí)恒星，也包含了相當(dāng)于25000個(gè)地球質(zhì)量的物質(zhì)。這些物質(zhì)在氣體云階段時(shí)，會(huì)在自身引力的作用下收縮，逐漸形成原恒星，它們內(nèi)核的密度和溫度會(huì)極大地升高，最終引發(fā)能夠自我維持的核聚變反應(yīng)。
質(zhì)子的鏈?zhǔn)骄圩兎磻?yīng)。Randy Russell
這就是為什么溫度是太陽(yáng)一半的恒星存活期是太陽(yáng)的一百倍，而那些超級(jí)熾熱、質(zhì)量是太陽(yáng)數(shù)百倍的恒星，連太陽(yáng)壽命的0.1%都活不到。
這是恒星的先天因素。而在恒星的一生中，隨著它們持續(xù)燃燒，燃料會(huì)逐漸消耗。燃料的消耗會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部區(qū)域發(fā)生坍縮。坍縮是一種在絕熱條件下發(fā)生的體積變化，也就是說(shuō)熱量不會(huì)向外部轉(zhuǎn)移。因此該區(qū)域的熵將保持不變，但是溫度卻會(huì)上升。于是聚變反應(yīng)會(huì)逐層向外推進(jìn)，聚變速度也會(huì)加快。
這就意味著恒星的溫度和亮度會(huì)隨著它們年齡的增長(zhǎng)而逐漸上升。
?
恒星的燃燒會(huì)產(chǎn)生輻射壓，這種輻射壓能夠抵擋住引力引發(fā)的坍縮。太陽(yáng)之所以能夠保持球形，就是因?yàn)槠鋬?nèi)核持續(xù)產(chǎn)生的向外輻射壓和向內(nèi)的引力拉扯大致相等。但是一旦恒星內(nèi)核以及恒星各層結(jié)構(gòu)中的燃料耗盡，輻射壓陡然下降，引力就會(huì)勝出。
正如50-70億年后的太陽(yáng)那樣，當(dāng)一個(gè)類(lèi)日恒星的內(nèi)核氫燃料耗盡后，會(huì)首先膨脹為一個(gè)亞巨星。這段時(shí)間會(huì)持續(xù)大約幾億年，隨后氦被點(diǎn)燃，膨脹成紅巨星。在成為亞巨星前，它會(huì)首先離開(kāi)主序階段。
相對(duì)于主序階段而言，其他階段都較快?！爸餍颉钡囊馑伎梢岳斫鉃楹阈且簧械闹饕A段。
在質(zhì)量相對(duì)較高的恒星內(nèi)部，溫度決定了一切。對(duì)流作用在那里相當(dāng)緩慢，因此不足以把所有元素充分地混合在一起。這就是為什么太陽(yáng)在幾十億年后耗盡它自己制造出來(lái)的氦后會(huì)熄滅；除了質(zhì)量最小的M級(jí)恒星，新的元素若想循環(huán)進(jìn)入恒星內(nèi)核需要幾千億年時(shí)間。
聯(lián)系客服
