The Deaths of Stars 恒星的死亡

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1 The Deaths of Stars 恒星的死亡
Chapter 10 The Deaths of Stars 恒星的死亡

2 Less massive stars will die in a less dramatic event, called a nova.
The End of a Star’s Life When all the nuclear fuel in a star is used up, gravity will win over pressure and the star will die. 当恒星的核燃料耗尽，重力将占主导，恒星死亡。 High-mass stars will die first, in a gigantic explosion, called a supernova. 大质量恒星先死亡，通过剧烈爆炸－超新星 Less massive stars will die in a less dramatic event, called a nova. 低质量恒星死亡不太剧烈－新星

3 Evolution off the Main Sequence: Expansion into a Red Giant 演化离开主序，膨胀成为红巨星
核区氢完全聚变成氦， 形成纯氦核。  “Hydrogen burning” (i.e. fusion of H into He) ceases in the core. 核区氢燃烧（核反应）停止。 氢燃烧在核区外一壳层继续。 氦核收缩，氢燃烧壳产生大量的能量（=>压力）。 恒星外层膨胀、冷却  red giant 红巨星

4 Expansion onto the Giant Branch 膨胀到巨星带
在氦核无核反应和氢燃烧壳阶段，恒星膨胀，表面冷却 在中心存留氦核

5 Degenerate Matter 简并物质（氦核）
恒星氦核内没有氢能源。  热压力不足以平衡重力 =>压缩形成致密物质。 Electron energy  物质变为一个新状态，叫 简并物质 （密度很大，压力和温度无关） 简并核的压力的起因是: 1. 电子倾向于低能量 2. 电子不能任意摆放在一起

6 Red Giant Evolution 红巨星演化
氢燃烧壳继续向核区添加氦。 氦核更密更热，直到下一种核反应开始： 氦聚变（温度更高）： 4He + 4He  8Be + g 8Be + 4He  12C + g 恒星上这个过程叫 氦闪（helium flash） 核反应并不停止…

7 Evidence for Stellar Evolution: Star Clusters 恒星演化证据：星团
Stars in a star cluster all have approximately the same age! 星团中的恒星都有相同的年龄 More massive stars evolve more quickly than less massive ones. 质量决定寿命，大质量的恒星演化快 If you put all the stars of a star cluster on a HR diagram, the most massive stars (upper left) will be missing! 如果把一个星团内的所有恒星画在一个赫罗图上，质量最大的恒星（左上）会消失

8 HR Diagram of a Star Cluster
High-mass stars evolved onto the giant branch 大质量恒星演化到巨星带 大质量恒星 Turn-off point 截断点（拐点） Low-mass stars still on the main sequence 低质量恒星仍在主序上

9 Estimating the Age of a Cluster 估计星团年龄
主序上截断点处的恒星： 年龄=寿命。 The lower on the MS the turn-off point, the older the cluster. 主序上截断点越低，星团越老。 剩下红矮星

10 Red Dwarfs 红矮星（长命） Mass质量
Stars with less than ~ 0.4 solar masses are completely convective 质量小于0.4个太阳质量的恒星是完全对流的. Mass质量  Hydrogen and helium remain well mixed throughout the entire star. 氢和氦在整个恒星内完全混合.  No phase of shell “burning” with expansion to giant. 无壳层燃烧和膨胀到巨星的过程. Star not hot enough to ignite He burning. 恒星不足够热，不能点燃氦.

11 Sunlike Stars 类日恒星 Mass
Sunlike stars (~ 0.4 – 4 solar masses) develop a helium core. 类日恒星（~ 0.4 – 4太阳质量）会产生一个氦核 Mass  Expansion to red giant during H burning shell phase 氢燃烧壳阶段，膨胀到红巨星  Ignition of He burning in the He core 氦核燃烧  Formation of a degenerate C,O core 形成简并致密碳氧核

12 Degenerate stellar remnant (C,O core) 是简并恒星遗迹（碳氧核）
White Dwarfs 白矮星 Degenerate stellar remnant (C,O core) 是简并恒星遗迹（碳氧核） 非常致密: 一个核桃大的白矮星物质 ≈ 16 吨!!! 白矮星的性质: 质量 ~ Msun 温度 ~ 25,000 K 光度 ~ 0.01 Lsun

13 低光度、高温=>白矮星在赫罗图的左（中）下方。
低光度、高温=>白矮星在赫罗图的左（中）下方。

14 The Chandrasekhar Limit 钱德勒极限
The more massive a white dwarf, the smaller it is. 白矮星质量越大，体积就越小  质量变大，重力变大，直到电子简并压力无法平衡重力 WDs with more than ~ 1.4 solar masses can not exist! 白矮星质量不可能大于 1.4 太阳质量，大恒星必须失去质量。 质量（单位：太阳质量） 半径

15 Mass Loss from Stars 恒星的质量损失
Stars like our sun are constantly losing mass in a stellar wind 类似太阳的恒星一直通过星风损失质量 ( 太阳风). The more massive the star, the stronger its stellar wind. 恒星质量越大，星风越强 Far-infrared WR 124

16 The Final Breaths of Sun-Like Stars: Planetary Nebulae 类日恒星的最后一口气：行星状星云
类日恒星的遗迹 半径: R ~ 光年 膨胀速度： ~10 – 20 km/s ( 多普勒效应) 年龄： 小于 10,000 年 与行星无关！ The Helix Nebula

17 2. 恒星热的内层产生的快速星风超越并激发慢的星风 =>行星状星云
The Formation of Planetary Nebulae 行星状星云的形成 两个步骤: 白矮星（碳氧核） 1. 红巨星产生的较慢的星风，吹散较冷的外层 The Ring Nebula in Lyra 天琴座环状星云 2. 恒星热的内层产生的快速星风超越并激发慢的星风 =>行星状星云

18 Planetary Nebulae 行星状星云
经常是不对称的，可能由于： Stellar rotation 恒星转动 Magnetic fields 磁场 Dust disks around the stars 恒星的尘埃盘 The Butterfly Nebula

19 新星（NOVA）的诞生 （新星不是新的恒星）
新星（NOVA）的诞生 （新星不是新的恒星）

20 Mass Transfer in Binary Stars 双星里的质量传输
双星系统里，每颗星的引力控制一有限的空间区域叫洛希瓣(Roche lobes) Lagrangian points = 拉格朗日点（稳定点，物质不会被一颗星拉过去）points of stability, where matter can remain without being pulled toward one of the stars. 物质通过L1点可以交换.

21 Recycled Stellar Evolution 循环的恒星演化
Recycled Stellar Evolution 循环的恒星演化 Mass transfer in a binary system can significantly alter the stars’ masses and affect their stellar evolution. 双星系统里面的质量传输可能显著改变恒星的质量，并影响其演化

22 White Dwarfs in Binary Systems 双星系统里的白矮星
双星包含白矮星和一个主序星或红巨星=> 白矮星从伴星吸积物质。 X ray emission Angular momentum conservation 角动量守恒 => 吸积物质形成吸积盘（快速转动） T ~ 106 K Matter in the accretion disk heats up to ~ 1 million K => X ray emission => “X ray binary”. 吸积盘上物质被加热到百万度 =>X-射线双星

23 Nova Explosions 新星爆发 氢通过吸积盘被吸积到白矮星表面。 白矮星表面形成一层很热很致密的氢。
氢通过吸积盘被吸积到白矮星表面。 白矮星表面形成一层很热很致密的氢。 Nova Cygni 1975 氢聚变爆炸性地开始。 新星爆发。

24 Recurrent Novae 复发新星 T Pyxidis
T Pyxidis In many cases, the mass transfer cycle resumes after a nova explosion. 新星爆发后，物质转移再发生。  Cycle of repeating explosions every few years – decades. 每隔几年或几十年，会重复爆发

25 The Fate of our Sun and the End of Earth 太阳的命运和地球的终结
Sun will expand to a red giant in ~ 5 billion years 再过50亿年，太阳将变成红巨星 Expands to ~ Earth’s orbit 尺寸大过地球轨道 Earth will then be incinerated! 地球被吃掉 Sun may form a planetary nebula (but uncertain) 太阳可能会形成行星状星云（但不确定） Sun’s C,O core will become a white dwarf 太阳中心的碳氧核变成白矮星。

26 大质量恒星内的核聚变（25太阳质量） 生命时间的比例 能源

27 The Deaths of Massive Stars: Supernovae 大质量恒星的死亡：超新星
Final stages of fusion in high-mass stars (> 8 Msun), leading to the formation of an iron core, happen extremely rapidly: Si burning lasts only for ~ 1 day. 大质量恒星(> 8 Msun)聚变的最后阶段形成铁核，发生极快，硅燃烧持续仅一天左右 Iron core ultimately collapses, triggering an explosion that destroys the star: 铁核最后塌缩，引起爆炸，摧毁恒星： Supernova 超新星

28 Numerical Simulations of Supernova Explosions 超新星爆发的数值模拟
The details of supernova explosions are highly complex and not quite understood yet. 超新星爆发的细节极其复杂，没有完全了解

29 Supernova Remnants超新星遗迹
X rays The Crab Nebula: Remnant of a supernova observed in a.d. 1054 The Veil Nebula Optical Cassiopeia A The Cygnus Loop

30 The Famous Supernova of 1987: Supernova 1987A
爆发前 最亮时 Unusual type II supernova in the Large Magellanic Cloud in Feb. 1987

31 Observations of Supernovae 超新星的观测
Supernovae can easily be seen in distant galaxies. 在遥远的星系里，超新星可以很容易看到（如果发生）

32 Observations of Supernovae 超新星的观测(M82)
Supernovae can easily be seen in distant galaxies. 在遥远的星系里，超新星可以很容易看到（如果发生）

33 图像相减 On-site template building HOTPANTS 盱眙施密特望远镜图像 相减后图像 >99%的假变源

34 区分真假变源 假变源剔除判据: 形态:正常星象 附近负值像素：未对齐？ 观测图像和模板相应像素：饱和？坏像素？ 利用AST3图像进一步完善
真变源：绿色 假变源：红、蓝 （BATC 图像） 候选体 剔除 CSTAR 34 33 BATC 453 432

35 恒星演化

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