錢開魯

宇宙間的任何恒星都要經(jīng)歷誕生、發(fā)展、衰老和死亡的演化過程。那么恒星是怎樣演化的呢?讓我們從宇宙大爆炸談起。

宇宙從一個(gè)原始火球大爆炸后，約經(jīng)過七十萬(wàn)年，它的溫度逐漸降低下來(lái)，這時(shí)，電子和質(zhì)子開始形成穩(wěn)定的氫原子。它們彌散在廣袤的空際，形成了氣云。在氣云比較密集的地方又形成了氣團(tuán)，這就是恒星的胚胎。由于氣團(tuán)所含物質(zhì)較多，它就產(chǎn)生較強(qiáng)的引力場(chǎng)，從而進(jìn)一步吸引了周圍物質(zhì)。這樣，氣團(tuán)的質(zhì)量就逐步增大，并在自身引力作用下，氣團(tuán)開始收縮。氣團(tuán)一旦收縮，它的引力勢(shì)能就減小，根據(jù)能量守恒原理，這些減小的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為氣團(tuán)的熱能，于是，氣團(tuán)的核心部分變熱，產(chǎn)生足夠高的壓強(qiáng)來(lái)暫時(shí)頂住氣團(tuán)的進(jìn)一步收縮。

當(dāng)氣團(tuán)核心因收縮而使溫度升高到幾百萬(wàn)度時(shí)，便發(fā)生了由氫合成氦的聚變反應(yīng)，從而產(chǎn)生出巨大的能量，來(lái)維持恒星長(zhǎng)達(dá)數(shù)百億年的生命。那么，一旦恒星內(nèi)的熱核燃料消耗殆盡，它靠什么力來(lái)支撐住引力的作用，而防止星體進(jìn)一步塌縮成極度致密的天體呢?有人認(rèn)為:當(dāng)恒星的燃料用盡后，它的核心部分在引力作用下，強(qiáng)烈收縮，并將恒星內(nèi)部的原子撕裂，電子從原子中游離出來(lái)。正是這些電子所產(chǎn)生的斥力，阻止了恒星的進(jìn)一步塌縮。1931年，美國(guó)天體物理學(xué)家錢德拉塞卡對(duì)這種星體進(jìn)行了具體計(jì)算，發(fā)現(xiàn)只要星體的質(zhì)量有限，它必然存在一個(gè)相應(yīng)的半徑，處在這一半徑上的星體將是穩(wěn)定的。即任何質(zhì)量的晚期恒星都將維持在高密度的白矮星狀態(tài)。

就在同一年，錢德拉塞卡馬上發(fā)現(xiàn)，處在高密度狀態(tài)星體中心的電子的動(dòng)量是非常大的，還必須考慮到相對(duì)論效應(yīng)的影響。1935年，他又進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)電子間的斥力只能抵住質(zhì)量小于某個(gè)值(約太陽(yáng)質(zhì)量的1.44倍，此值又稱錢氏極限)的星體。對(duì)于大于此值的星體，它的半徑將趨向于零，也就是說(shuō)這類星體將要塌縮到它的中心點(diǎn)上。這個(gè)結(jié)果簡(jiǎn)直不可思議，那么質(zhì)量大于錢氏極限的星體的最終歸宿到底是什么呢?

三十年代后期，錢德拉塞卡又進(jìn)行了推測(cè)，認(rèn)為大質(zhì)量星體在耗盡它的核能以后，在繼續(xù)收縮的同時(shí)，會(huì)發(fā)射外層質(zhì)量，使它的質(zhì)量小于錢氏極限，從而最終趨于某一穩(wěn)定狀態(tài)。后來(lái)的天文發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一推測(cè)，這就是所謂超新星爆發(fā)。在此以后，天體物理學(xué)得到很快的發(fā)展?，F(xiàn)在人們已公認(rèn)，錢德拉塞卡關(guān)于不同質(zhì)量的星體歸宿迥然不同的結(jié)論，是研究恒星演化史上的一個(gè)里程碑。它為以后天體物理學(xué)家們提供了新的研究方向:探索大質(zhì)量星體的最終命運(yùn)。