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核心概念 天文与物理 发布日期:2019年7月4日

恒星是如何形成的?

摘要

在这篇文章中,我们解释了普通类太阳恒星的形成过程。恒星形成于气体和尘埃的积累,这些气体和尘埃由于重力而坍塌,开始形成恒星。恒星形成的过程从最初的气体云开始坍缩到恒星形成并像太阳一样发光,大约需要100万年。恒星诞生时剩余的物质被用来创造围绕中心恒星运行的行星和其他物体。观测恒星的形成是很困难的,因为尘埃对可见光来说是不透明的。然而,使用无线电波观测这些黑暗恒星托儿所是可能的,因为无线电波可以自由地传播到我们和我们的射电望远镜。

恒星,就像我们的太阳,并不是一直都存在的。恒星的诞生和消亡需要数百万年甚至数十亿年。当星系中的尘埃和气体区域由于重力而坍缩时,恒星就形成了。没有这些尘埃和气体,恒星就不会形成。

《尘埃密布的星星》

一个星系不仅包含数十亿颗恒星,还包含大量的气体和尘埃。星系中的气体和尘埃区域位于恒星之间的空间。如果银河系是一条街道,那么房屋就是恒星,气体和尘埃区域就是房屋之间的花园。星系中恒星之间的空间称为星系星际介质因为它是构成恒星物体之间空间的介质或物质。

气体和尘埃的区域被称为分子云,因为它们的内容。分子云由原子、分子和尘埃混合而成。原子是我们周围所有物质的小组成部分。分子由两个或两个以上的原子结合在一起组成。分子云中的分子通常是氢分子H2,但也可以是更复杂的分子,如由六个原子组成的甲醇,或由三个原子组成的水。尘埃颗粒是更大的物质团块,它们的大小可达几毫米,与原子或分子相比是巨大的。

星际介质中的分子云很大。事实上,单个分子云可能比太阳重数十万倍。它们的体积也各不相同:一个分子云的大小可能与我们整个太阳系相同,甚至比太阳系大很多倍。这些巨大的分子云经历了湍流运动。这意味着,随着时间的推移,云层内的气体和尘埃不会停留在同一个地方。这些物质向各个方向移动,就像孩子们在学校操场上奔跑一样。这种气体和尘埃的湍流运动使原子和分子分布不均匀,因此分子云的某些区域会比其他区域含有更多的物质图1一个.如果气体和尘埃在某一区域堆积到很高的水平,该区域就会因为自身的引力而开始坍塌。该区域比分子云小,并且存在于分子云内部。这个区域“只有”几百个天文单位(非盟s),这是地球到太阳距离的几百倍。

图1 -恒星形成的过程。
  • 图1 -恒星形成的过程。
  • 图中显示了类太阳恒星形成的六个步骤。这个过程开始于(一)在那里,恒星之间的空间中的气体和尘埃(也称为星际介质,ISM)坍缩成一个致密的气体球,称为恒星前核(B)最终会变成太阳。在坍缩过程中,一个磁盘(C)在核心周围形成,而两极则发射出两股喷流。在某一时刻,恒星停止生长,但气体仍然落在圆盘上(D).几百万年后,这个过程也会停止。这颗星现在诞生了(E)而行星是由剩余物质形成的,最终将成为太阳系(F).太阳系通常在形成过程后存在100亿年。

崩溃的分子云

分子云的温度非常低,只比分子云高几度绝对零度,这是可能的最低温度(也称为0°K)。但是,当气体和尘埃开始在分子云内的某个区域坍塌时,它会慢慢变热。这是物理定律的结果,该定律告诉我们,当物质被挤压在一起时,物质的密度会增加,物质会开始升温。坍缩区域的外缘温度将在绝对零度以上10°(也称为10°K)左右,而内部区域将慢慢加热到300°K左右,也就是室温左右。

当坍缩区域的大小达到近10,000个天文单位时,它被称为恒星前核(图1 b),并正式成为冉冉升起的明星。“恒星”的意思是恒星,所以pre-stellar的意思是“成为恒星之前”。“核”一词指的是气体和尘埃,它们现在密度如此之大,以至于“核”一词比“区域”或“云”更精确。而且,这个前恒星核后来会成为恒星的内部核。

在接下来的5万年左右,前恒星核心收缩。这听起来可能很长,但在天文的时间尺度上,与宇宙的年龄相比,这是一个相当迅速的过程,例如,宇宙的年龄几乎是140亿年。核心合约直到约1,000 AU (图1 c).它仍然由相同的气体和尘埃组成,所以这意味着当直径缩小到坍塌区域原始大小的十分之一时,物质的密度在增加。

5万年过去后,这个系统将在中心核心周围形成一个圆盘,多余的物质将从恒星的两极向外喷射。恒星上的磁极与地球上的磁极相似,即恒星绕其旋转的轴。在图1 c,你可以看到两个喷泉状的结构,多余的物质被喷射出来。这些结构被称为射流,它们遵循物理定律。我们之前描述的气体和尘埃的随机运动,加上恒星前核心形成时系统的收缩,将导致整个系统旋转。这一过程导致在恒星前核心周围形成一个扁平的圆盘。这类似于一件衣服在旋转的滑冰运动员周围形成一个扁平的圆盘。如果滑冰运动员没有旋转,裙子就不会是一个扁平的圆盘,而是垂在她的两侧。两极的喷流出现以保持系统的平衡。这个系统现在被称为原始恒星,这意味着它正处于成为真正恒星的第一阶段。

从前恒星核到恒星

圆盘对于原始恒星成长为合适大小的恒星至关重要。圆盘主要由气体组成,气体随着圆盘旋转,慢慢靠近原恒星的表面。当气体足够接近恒星时,由于引力,它会落在恒星表面,恒星就会变大。这种生长过程被称为生长过程吸积过程和恒星被认为是吸积(积累)物质从圆盘。

在接下来的1000年里,来自圆盘的物质要么被恒星吸积,要么被驱逐出圆盘(图1 d).这颗恒星的大小和密度已经增长到足以启动核反应的中心区域,这使得恒星像太阳一样发光。在这一点上,这颗恒星被称为t -金牛座恒星,这是第一次可以直观地观察到这颗恒星。

恒星最终停止从圆盘上吸积物质,但恒星周围剩余的物质仍然是圆盘状的(图1 e).圆盘不再起到为恒星提供物质以使其成长的作用。相反,这个圆盘现在只是一个圆形的移动的物质平面,它会慢慢地聚集在一起并围绕恒星运行。这些由恒星形成时的剩余物质组成的小团块将形成新的行星。这意味着太阳系中的行星是由太阳诞生时的剩余物质组成的!这也是为什么太阳系中的所有行星都在同一个平面上!

最后的太阳系(图1 f)当圆盘完全耗尽时,所有的行星都形成了。在接下来的100亿年里,这颗恒星将在其中心燃烧核燃料,并以我们称之为阳光的辐射形式释放出能量。

观察分子云

承载和塑造新生恒星的分子云是夜空中的黑暗区域。人类不可能看到分子云,即使用望远镜也不行。我们看不到分子云的原因是尘埃粒子散布在云中,它们吸收了周围恒星发出的光。manbetxapp在线登录这阻止了星光穿过太空到达地球上的我们,这就是为什么分子云看起来像天空中的黑暗区域。对天文学家来说幸运的是,分子云对无线电波是透明的。这意味着无线电波不会被云层中的尘埃粒子吸收,因此无线电波可以自由地传播到地球上的我们。manbetxapp在线登录无线电波肉眼是看不见的,但是,使用大型射电望远镜,就有可能从这些黑暗的分子云中获得信号。

这些无线电波携带着关于黑暗分子云内容的信息。如果一颗恒星正在诞生,云团就会发出与没有恒星诞生时不同的无线电波。无线电波的使用使天文学家可以看到恒星何时诞生,即使分子云是黑暗的。而且,尽管今天的天文学家对太阳这样的恒星是如何形成的已经有了很多了解,但实际上还有一个巨大的谜团有待解开。

结论

当巨大的恒星形成时,巨大的谜团就出现了。天文学家知道,质量约为太阳6倍的恒星是通过我们在这篇文章中描述的方式诞生的。质量更大的恒星需要一个不同的过程,因为恒星辐射的压力会把圆盘推开,防止恒星变得比太阳大大约6倍。

天文学家已经看到了这些大恒星,所以他们知道大恒星是存在的,并且一定是以某种方式诞生的。但是,它们是如何诞生的对全世界的天文学家来说仍然是一个大问题。

术语表

星际介质(ISM)星系内部的整个空间没有恒星,而是有很多气体和尘埃。

分子云充满气体和尘埃的巨大太空云团。分子云存在于星际介质中。

非盟1天文单位,是地球到太阳的距离。

绝对零度可能的最低温度,也称为0°K。

吸积一个物体从另一个物体积累质量的过程。

利益冲突声明

作者声明,这项研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。

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