主序恒星的结构与演化a(天体物理学)

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1、《天体物理学》第四章主序恒星讲授：徐仁新北京大学物理学院天文学系“Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.Xu什么是恒星？•是重元素核合成的熔炉•是构成星系的基本单元•“恒星结构与演化”理论是天体物理领域内成熟体系之一（另：宇宙学）“恒星”在天体物理学中占有极其重要的地位！“Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.Xu1，恒星演化概貌•位于恒星际空间“原子云”“离子云”分子云•温度~101K分子（HI，10

2、2K）（HII，104K）•密度~300-200个H分子/cm32引力塌缩•尺度~40pc•主要成分：H，混有CO、HO、NH、CS、223CHOH（甲醇）、HCO（甲醛）等其它百余种无原恒星32机或有机分子；此外，还含有约1%的由碳、硅、点燃氢核聚变脏冰等构成的尘埃（~m大小，含几万个原子）热主序星脉行星状星云动重元素核心引力塌缩简并物质核心超新星致密残骸黑洞中子星白矮星“舍利子”“Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.Xu恒星演化概貌恒星如何演化很大程度上依赖于初始质量“

3、Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.Xu2，Jeans不稳定与恒星形成Jeans不稳定：热压不足对抗引力导致的塌缩•若只有引力，任何微小的密度涨落必将被引力无限放大而塌缩•因存在热压力，较小密度涨落产生的引力被热压所克服•只有当密度涨落足够高以致于热压相对于涨落产生的引力而言可被忽略，引力塌缩（即引力不稳定性）才能够发生引力~GM2/R2（质量M~R3）T热压力~PR2为（理想气体P=kT/m）R引力>压力kTR~Gm考虑尺度R介质当介质尺度大于时，将

4、导致引力不稳定“Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.XuJeans不稳定与恒星形成Jeans不稳定：热压不足对抗引力导致的塌缩•对于均匀无穷大介质，通过线性小扰动计算“自引力介质”得到引力不稳定发生的临界长度为，只是多个因子()1/2，JkTJeans长度JGm•当密度扰动区域大于时，引力将导致塌缩J•扰动最大长度为分子云尺度L，故定义Jeans密度和Jeans质量kT3ML~J2JJGmL当>或M>M时，分子云必将引力塌缩JJ“Intro.toAs

5、trophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.XuJeans不稳定与恒星形成塌缩时标：~自由落体时标•塌缩时引力主导，介质的径向粘性可忽略自由落体NR：典型动能mv2~GMm/rMv~(GM/r)1/2塌缩时标（自由落体时标）R<

6、uR.X.XuJeans不稳定与恒星形成恒星形成：小质量情形a,形成缓慢旋转的分子云核。云核在收缩过程中也可能会分裂Shuetal.(1987)b,原恒星的形成c,氘点火对流和较差自转磁场放大强烈星风d,稳定氢核燃烧的主序星+盘（行星）大质量恒星形成研究的困难：塌缩时标短观测困难观测对理论模型筛选不够“Intro.toAstrophysics”http://vega.bac.pku.edu.cn/rxxuR.X.XuJeans不稳定与恒星形成恒星主序前演化：Hayashi相7Li+p24He•Hayashi(1962):主序星前阶段温度低

7、，物质未充分电离，不透明度很高，导致原恒星几乎完全对流•能源包括引力能和少量轻元素（2D、7Li、9Be等）的核聚变能•完全对流的恒星模型logT~alogL+blogM+ceffZAMSa<

8、PGmr()()r2drrNewton引力流体静力平衡对比：Einstein引力（理想流体TOV方程）