恒星小传之大质量恒星

陈若颖

我是宇宙里最重的那一类恒星——大质量恒星。同学们，你们是不是觉得太阳叔叔的质量是地球质量的33万倍，已经算是个非常了不起的庞然大物了？其实不然，太阳在我们的恒星大家族里，只能算是一个小家伙。它的一生在我眼里平淡无奇，远比不上我这类恒星波澜壮阔，尤其是在生命的最终阶段，我活得如夏花般绚烂！

严格意义上讲，中年期的我们并没有什么特殊之处，只不过因为体重至少比太阳要重8倍，所以我内部产生的引力非常巨大，燃烧得也更加剧烈，相应地，身体温度也就更高。比如太阳的表面大约有6000摄氏度，看起来是橘黄色的。而像我们这样的大质量恒星，中年期的表面温度至少能够达到2万摄氏度，外表看起来呈蓝色。

更高的体温不仅仅影响了我们的外表，还影响了我们的内在。还记得上回说到，太阳身体里只能够完成氢、氦的核聚变吗？我核心区的巨大温度和压力，能够让更多元素发生核聚变反应！我们都知道，当太阳身体里的氢燃烧快要结束时，就会点燃核心区的氦，膨胀形成内部氦燃烧、外部氢燃烧的红巨星。同样的道理，当我身体里的燃料即将燃烧殆尽时，如果你能一刀把我对半剖开（当然，因为我的身体主要由气体构成，所以这个操作可能只能存在于想象中），就会发现我的内部构造好像一个巨型洋葱：从内到外有好几个同心圆，几乎每个同心圆里都正在进行着不同元素的核聚变反应。从最外层一路数进来，分别是氢、氦、碳、氧、硅的燃烧层和一个铁质的核心。这个时期，我们的身体一样会向外膨胀，变成一颗“红超巨星”（因为向外膨胀时温度降低，颜色会逐渐由蓝变红）。你们所熟知的参宿四、心宿二都是著名的红超巨星。

其实按照我中年期的质量，核心区的温度和压力足以让铁或比铁更重的原子也发生聚变反应，生成诸如金、银等原子，但为什么我有一个铁质核心而不是更重元素的核心呢？这是因为比铁轻的元素的核聚变反应都是放热反应，简单来说，就是我能够通过它们“发光发热”的核聚变反应，抵抗自身质量形成的强大引力，讓身体不至于向内坍缩。但是铁元素的核聚变不是放热反应，而是吸热反应，这种反应不但无法产生推力，抵抗外围的引力，反而会加快我向内坍缩的速度。所以说，无论多么重的恒星，一旦聚变到铁元素，就意味着它的生命开始倒计时了。

当我体内的核聚变反应达到极致时，核心区的温度能够高达数十亿摄氏度！此时，体内巨大的温度和压力会让光子以很高的能量击穿铁原子，反而开始了铁原子的核裂变反应。在恒星内部充满游离电子的情况下，铁的核裂变反应最终会生成中子和中微子——中子在核心区聚集，而中微子带着能量逃逸了出去。你也知道，我们恒星的质量越大，体内的“新陈代谢”越快。作为一颗大质量恒星，我体内的核裂变反应以极快的速度进行着，进而快速生成了大量中微子。这些中微子的逃逸使得我体内能量骤减，巨大的引力失去了对手，于是我的核心会快速向内坍缩，速度甚至能够达到1万千米/秒！这种“暴缩”让核心区的中子紧密相挨，形成一个密度、硬度都极大的致密中子核心。

一旦外壳的核反应因为燃料不足而停止，引力会使得外层物质以更快的速度向内坍缩。坍缩时，大量快速运动的物质碰上致密的中子核心，就像是无数高速炮弹打上了一堵坚硬的铁墙，巨大能量统统被反弹回来，甚至可以把我的外壳炸得粉碎，形成宇宙中最壮丽的“烟花”——超新星爆发。超新星爆发是我们大质量恒星一生中最绚烂的一刻，甚至能够以一己之力照亮整个星系！部分特别明亮的超新星，你们甚至可以在白天都能清晰地看见，它会持续几个月甚至一两年才会慢慢暗淡下去。

超新星爆发后，我的身体同样被分成了两部分——外层的气体、尘埃和一个致密的中子核心。那些身为“烟花余迹”的气体和尘埃会继续向外膨胀，并在未来的数百万年里慢慢消散，变成下一代恒星成长的养料。而那个致密的中子核心，则会根据核心的质量，演化成“宇宙灯塔”中子星或“宇宙吸尘器”黑洞。想知道这中子星和黑洞又是什么东西吗？我们下回再来一起聊聊吧！