有的是三顆、四顆或五顆由引力緊密地聯絡著。白矮星天狼B星有一個夥伴,但相隔太遠,彼此沒有什麼影響。作為一個孤獨的白矮星,天狼B星很可能註定要無可挽回地冷下去。但是,如果兩顆星靠得足夠近,白矮星的長期演化就會被改變。
導致改變的主要原因是兩顆星之間的物質轉移。白矮星的那個伴星,如果是很靠近,或者是在大膨脹狀態(紅巨星),其表層物質就會被白矮星的引力吸過去。一般說來,由於雙星軌道運動的離心力,吸過來的物質不會直接落到白矮星表面,而是環繞白矮星形成一個大致扁平的結構,叫做吸積盤(圖19)。從伴星繼續到達的氣體流對盤的撞擊會導致很強的區域性加熱,形成熱斑。熱斑可以像恆星那樣亮,從而成為白矮星存在的間接證據。在別的情況,尤其是如果白矮星是高度磁化的,盤不能形成,而氣體沿著磁力線偏轉並落向白矮星的兩個磁極。氣體到達白矮星表面時的撞擊會產生快速變化著的光學、紫外甚至X射線輻射,白矮星就會閃爍不定地變亮,因而可以被看見,這樣的雙星系統被稱為激變變星。
這樣一種相對穩定的安排會被一個強烈而又突然的活動期所打斷,其結果就表現為一顆新星。這個名稱本來是指一類光度突然變大接著又緩慢暗淡下去的星。實際上,新星包含各種不同的型別,涉及很大範圍的現象,但都與一個雙星系統中的緻密星有關。
新星的機制幾乎可以肯定是一種表面熱核爆發。氣體連續不斷地落到白矮星表面,並被引力場所壓縮和加熱。當物質積累到一定程度時,作為其主要成分的氫突然聚變,白矮星外層爆發。在幾個星期的時間內,白矮星光輝奪目,以至於那些遠在銀河系邊緣上的白矮星也能被觀測到。
有些新星是再發的,就是在相隔幾個月後重復爆發。其餘的新星則只爆發一次,並釋放出大得多的能量。迄今觀察到的最明亮新星之一是天鵝座1975新星,它以太陽100萬倍的光度照耀了三天。爆發強度與再發週期之間的這種關係證實了雙星中物質轉移的模型,因為釋放的能量是對已積累在白矮星表面的物質總量的量度。
一顆“正常”星和一顆“緻密”星之間物質轉移的機制在許多高能天文現象中起著關鍵作用。第四篇裡將更詳細地敘述這~點,因為密近雙星系統有時能提供黑洞存在的強有力證據,否則這些黑洞是完全不可見的。第六章 超新星
核階梯
自然界的元素不只是氫、氦、碳和氧,生命物質、木材、土壤和岩石中都含有一些矽、鎂、硫、磷、鐵和其他重原子,這些原子的核中都有20個以上的質子和中子。如果這些元素不能在太陽和大多數恆星裡製造,它們又是來自何處呢?
仍然是來自恆星,不過只是很小一部分恆星,即質量最大的那些。只有在離開主序時質量超過SM的恆星才能製造重原子核。恆星中被外層重量壓緊的核心就是“鍊金爐”,原料就是氫和氦燃燒的“爐渣”,即碳和氧,冶煉過程在溫度升到6億開氏度時開始。
在這個溫度上碳再也保不住了,相互猛撞並聚合成氛和鎂,一條生產線就此建立,因為每個新的熱核反應都釋放更多的能量,使溫度升得更高,從而使新的轉變成為可能。在10億度時,氖核奪得一個氦核而形成鎂,在15億度時氧也開始燃燒,產生一系列更重的元素:硫、矽和磷,在30億度時矽燃燒,並引發幾百種核反應,使爐子裡的溫度越來越高。在再往後的幾千種反應的熊熊烈火中,更重也更珍貴的元素被製造出來。這是恆星生命的最後階段,這些反應的突發性也越來越強,越重的元素燃燒的時間就越短。對於一個質量為25M的“模型”星,碳的燃燒持續600年,氛是1年,氧是6個月,而矽只有1天。
巨型“洋蔥頭”
核轉變並不能就以這種速率無限制地繼續下去,反應的洪流最後都朝著~個元素彙集:鐵。鐵的原子核報特殊,其中的56個質子和中子結合得如此緊密,沒有一種聚變能量能使它們分開,鐵就成了大質量恆星核心的最後灰燼。
現在的恆星由一個已停止熱核反應的核心和仍在接連地燃燒的外層組成。恆星只得不斷地膨脹其外殼以調節平衡,它會膨脹到一個巨大的尺度,成為紅超巨星。
紅超巨星是宇宙中最大的恆星。如果把這樣一個星放在太陽系中心,它將吞沒所有行星,包括遠在扣億公里外的冥王星。紅超巨星的內部結構有時被描繪成像一個洋蔥頭,因為它包含許多在燃燒著不同化學元素的同心層。最輕的元素在溫度最低的外層燃燒,而最重的元素在