前言
氫元素是宇宙中最為簡單的元素，成為許多恒星的主要“燃料”，恒星依靠此發(fā)起核聚變反應(yīng)，并能夠在宇宙空間中釋放出巨大的能量。大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為，當(dāng)恒星消亡后，其落下的殘留物質(zhì)不會(huì)再次形成新的恒星，因?yàn)?ldquo;燃料”已經(jīng)用盡，而事實(shí)卻并非如此。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，新一代的恒星可以形成，且這些新的恒星是由舊的恒星落下的殘留物質(zhì)形成的。這種現(xiàn)象的背后到底是什么原因，為什么消亡的恒星還能形成新的恒星？
恒星的消逝
在各種遙遠(yuǎn)的星系里，新舊恒星的出現(xiàn)與消逝一直是宇宙中不可或缺的過程。恒星的燃料通常是氫元素，而大部分恒星在其生命周期內(nèi)，氫元素的聚變反應(yīng)都發(fā)生在其核心區(qū)域內(nèi)。這一點(diǎn)導(dǎo)致恒星只會(huì)在核心反應(yīng)區(qū)域釋放出排斥力，形成一股向外的“輻射壓”，恒星得以抵消引力坍縮的力量。然而，恒星在消亡的過程中，物質(zhì)密度會(huì)大幅增加，殘余的物質(zhì)會(huì)分布在相對密集的區(qū)域中，通過引力作用，物質(zhì)不斷地向恒星中心的小區(qū)域聚攏，所以恒星暴發(fā)成為超新星會(huì)釋放出更多的物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)擴(kuò)散到周圍的空間中，進(jìn)而加入到更多新的星形成的過程中。
恒星燃料的浪費(fèi)
恒星內(nèi)部核聚變反應(yīng)需要極高的溫度，畢竟原子核具有靜電反斥力。“引力坍縮”使恒星滿足核聚變所需要的溫度，從能量的角度來看，這意味著恒星質(zhì)量所形成的引力勢能可以轉(zhuǎn)變成大量的熱能。然而，由于恒星內(nèi)部這種極端的溫度只會(huì)在核心反應(yīng)區(qū)域發(fā)生核聚變，離核心區(qū)域更遠(yuǎn)的物質(zhì)溫度就會(huì)越來越低，不再適宜進(jìn)行核聚變反應(yīng)。因此，恒星只在其核心區(qū)域發(fā)生核聚變反應(yīng)，并形成向外的“輻射壓”，防止恒星進(jìn)一步坍縮。超大質(zhì)量的恒星內(nèi)核反應(yīng)激烈，所以它們形成“輻射層”，難以吸收外層氫元素，導(dǎo)致氫元素的大量浪費(fèi)。較小質(zhì)量的恒星內(nèi)核反應(yīng)相對較弱，不形成“輻射層”，外層氫元素得以通過對流運(yùn)動(dòng)進(jìn)入“核心反應(yīng)區(qū)”，從而充分利用恒星的所有氫元素。
新一代恒星形成原因
當(dāng)恒星耗盡其氫元素燃料的時(shí)候，其會(huì)進(jìn)一步演化成紅巨星，最后演變成白矮星或中子星，僅留下微弱的殘余物質(zhì)。但這種殘留物質(zhì)本身具有質(zhì)量，密度又相對較高，因此引力會(huì)使它們逐漸凝聚在一起形成新的恒星。這些新恒星的質(zhì)量能夠通過吸收周圍的氫元素而快速增長，形成新的恒星。而宇宙中恒星的數(shù)量是如此龐大，其消耗的氫元素在比例上極為有限，恒星消亡后的殘留物質(zhì)只是其中很少一部分，另外一方面，宇宙中的氫元素?cái)?shù)量極為豐富�；\統(tǒng)地說，氫元素的浪費(fèi)和用不完這兩個(gè)原因是可以同時(shí)存在的。
宇宙氫元素的豐富
氫元素是宇宙中最為簡單的元素，來自于宇宙大爆炸的初期。大爆炸之后，氫元素迅速形成，之后出現(xiàn)了“原始核合成功率”，最后生成了嬰兒宇宙中幾乎所有的氫和部分氦元素。其后，宇宙中就開始了恒星的形成和消逝的周期，但是宇宙中的氫元素還是非常豐富的。大量的氫元素還散布在宇宙的各個(gè)角落，等待恒星使用。“大爆炸宇宙論”認(rèn)為，在宇宙誕生的時(shí)候，已經(jīng)形成了大量的質(zhì)子和中子，這些質(zhì)子就是氫原子核。在大爆炸之后，氫元素成為宇宙中最為豐富的元素，占據(jù)了宇宙中物質(zhì)的絕對數(shù)量。在大約35分鐘之后，宇宙的溫度和密度下降，原始核合成功率結(jié)束，宇宙中已經(jīng)生成了大約25%的輕元素，其中絕大多數(shù)都是氦，還有一些氫和少量的鋰。宇宙中氫元素的總量非常龐大，用不完實(shí)在是極為困難的事情。
結(jié)論
綜上所述，即使消亡了，恒星留下的殘留物質(zhì)仍然可以形成新的恒星，這主要有兩個(gè)原因：一是恒星內(nèi)核聚變反應(yīng)很浪費(fèi)，只有少量的元素進(jìn)入核心區(qū)域，并通過核聚變反應(yīng)釋放出能量，難以充分利用。此外，超大質(zhì)量的恒星會(huì)形成“輻射層”，難以吸收外層氫元素，導(dǎo)致更多的氫元素浪費(fèi)。相比之下，小質(zhì)量恒星沒有“輻射層”，可以通過對流運(yùn)動(dòng)將外層氫元素運(yùn)輸?shù)胶诵膮^(qū)域，從而充分利用氫元素。二是宇宙中的氫元素非常豐富，消耗氫元素的比例非常小。大爆炸之后，宇宙中就已經(jīng)形成了大量的氫元素，即使經(jīng)歷了數(shù)百億年的恒星形成和消失過程，仍有大量的氫元素存在于宇宙之中。因此，宇宙在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)形成新的恒星。
