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引力坍縮

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引力坍縮

中文名稱 ：引力坍縮 文學家 ：gravitational collapse 相關學科 ：物理，天文 星 系 ：恆星

引力坍縮(英文:Gravitational collapse)是天體物理學上恆星或星際物質在自身物質的引力作用下向內塌陷的過程，產生這種情況的原因是恆星本身不能提供足夠的壓力以平衡自身的引力，從而無法繼續維持原有的流體靜力學平衡，引力使恆星物質彼此拉近而產生坍縮。在天文學中，恆星形成或衰亡的過程都會經歷相應的引力坍縮。特別地，引力坍縮被認為是Ib和Ic型超新星以及II型超新星形成的機制，大質量恆星坍縮成黑洞時的引力坍縮也有可能是伽瑪射線暴的形成機制之一。至今人們對引力坍縮在理論基礎上還不十分了解，很多細節仍然沒有得到理論上的完善闡釋。由於在引力坍縮中很有可能伴隨着引力波的釋放，通過對引力坍縮進行計算機數值模擬以預測其釋放的引力波波形是當前引力波天文學界研究的課題之一。

舉例

比如，質量大於8~10太陽質量的大質量恆星演化到晚期時，其中心區域產能不足或能量被中微子大量帶走，致使輻射壓不足以抵禦恆星自身引力的作用，從而發生引力坍縮。一般來說，恆星的引力坍縮的結果是形成一顆緻密星，如白矮星、中子星、黑洞等。對於質量小於太陽質量1.3倍的星體，泡利不相容原理引起的電子簡併壓力將支撐其自身的重量，形成白矮星 。質量在太陽質量1.3-3.2倍之間的星體，中子簡併壓力將支撐其自身的重量，形成中子星。質量大於太陽質量3.2倍的星體，沒有任何結構可以支撐其自身的重量，它們將坍縮為黑洞。 有些引力坍縮還伴有大量的能量釋放和物質的拋射。例如，超新星爆發時，其中心部分會坍縮形成緻密星，而外部則被拋射到空間，形成超新星遺蹟，整個過程釋放大量的能量。在引力坍縮過程中﹐恆星中心部分形成緻密星﹐並可能伴有大量的能量釋放和物質的拋射。

形成

恆星核心區經過氧燃燒的核反應階段之後﹐如果質量大於錢德拉塞卡極限﹐並且由鐵族核素構成時﹐它的等效多方指數γ接近臨界值4/3(見恆星球的平衡及穩定)。這時恆星中心溫度約為6×10K﹐它將發生引力坍縮過程。在這個階段﹐恆星中心溫度很高﹐各類中微子產生過程(例如光生中微子過程，電子對湮沒中微子過程﹑中微子軔致輻射等)都會引起中微子將中心部分的能量迅速帶走﹐使恆星核心區很快冷卻﹐以致輻射壓力不足以抵禦自引力的作用﹐從而形成引力坍縮。

反應

當恆星中心密度足夠大時﹐在引力坍縮中發生下列反應﹕e +(Z﹐A )→+(Z -1﹐A )。e 為電子。(Z﹐A )是質子數為Z ﹐核子數為A 的原子核﹔為電子中微子。這種過程引起物質的中子化。在一定條件下(例如γ÷4/3)﹐引力坍縮過程中將出現強的激波﹐它引起恆星外層物質的拋射。但在有些條件下(如γ>4/3)﹐坍縮過程並不一定伴有質量拋射。不同質量的恆星﹐在引力坍縮後有可能形成各種不同類型的緻密星。

視頻

引力塌縮的各個過程中，也可以產生出大量的能量