质量低于0.5倍太阳的红矮星为什么不会变成红巨星?

我们知道太阳这样的黄矮星(G型星)在主序星结束的时候,会慢慢膨胀成一颗红巨星,届时它的半径会超越地球轨道。但是宇宙中最普遍的恒星——红矮星,它们在生命末期的演化却和太阳这样的恒星大不相同。根据科学家的计算,质量小于太阳一半的红矮星,不会膨胀成红巨星。

太阳这样的恒星能够转化为红巨星,主要是因为当它的核心氢元素倍融合成氦元素以后,核心变得足够炙热,会继续将氦元素融合成碳元素和氧元素,而且随着内部越来越多的不能继续核聚变的碳元素和氧元素,恒星会开始燃烧核心外层的氢元素,在这个过程中,恒星内部压力也随着温度的上升而不断上升,从而导致恒星外壳不断膨胀。才会形成我们所看到的红巨星。

红矮星的未来并不会像太阳这样膨胀成红巨星
红矮星的未来并不会像太阳这样膨胀成红巨星

而质量小于0.5倍太阳的红矮星,它们的内部结构和黄矮星是不一样的,这类红矮星的内部是完全对流的,它们没有像太阳那样明显的分层结构。

完全对流的意思就是,当红矮星核心核聚变将氢元素转化为氦元素的时候,这些氦元素并不会堆积在红矮星的核心,而是会随着物质的对流,不断地在红矮星内部,从内而外不断地翻滚交换。

这一方面是避免了红矮星内部压力和温度不会持续上升,另外一方面,红矮星的核聚变会更加充分,整个星体的氢元素都能够参与到核心的核聚变活动中。

因为红矮星核心压力和温度不会持续上升,所以红矮星也不会膨胀,自然就不会变成红巨星了。

而氢元素充分参与核聚变,则使得红矮星拥有充足的燃料,能够让它持续生存很长时间,再加上红矮星较低的光度和核聚变速率,使得红矮星的寿命往往长达数万亿年,远远超过现在宇宙的年龄。

红矮星内部是完全对流的
红矮星内部是完全对流的

红矮星在生命末期将会如何演化呢?

亿万年以后,红矮星不断消耗着自身的氢元素,它的表面温度会越来越高,会变成一颗蓝矮星,最终它们的核心沉积了越来越多的氦元素,最终会形成一个主要由氦4组成的氦白矮星

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