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新恒星(新恒星的形成是由)

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  • 2024-01-14 10:00
  • 龙泉小编

著者:黄媂

恒星形成的过程

「恒星」其实是起源于星系的物质,在银河系里面无时无刻都在发生着恒星形成的过程,大质量的恒星一生演化所经历的时间是非常短的,它的寿命大概只有百万年至千万年,而这和银河系超过100亿年的历史相比是非常短暂的,所以看到的大质量恒星就意味着在现在这个时刻恒星正在形成,而恒星形成所导致的一些观测效应,在恒星周围,特别是刚刚诞生的年轻恒星周围那些被加热的气体和尘埃所产生的红外辐射。

〔旋涡星系·M81〕的红外图像是叠加在光学图像背景之上的,偏向蓝色的是「光学辐射」,光学辐射主要是来自于已经形成了的恒星辐射,而黄色和红色的区域代表的是「红外辐射」,它们是年轻恒星加热周围气体所产生的辐射,实际上是代表了恒星形成的区域,从图上面红外辐射的分布,可以明显地看到恒星主要形成在「旋臂」上面,所以对于旋涡星系来讲,旋臂是恒星形成的主要场所,但并不是所有旋臂上的气体都能够形成恒星,只有一些极少数非常致密的分子云核才有可能会变成新生的恒星,新恒星的形成是由「金斯不稳定性」这个条件决定的,要形成一颗恒星就意味着气体的密度要增加很多。

新恒星(新恒星的形成是由)

图解:〔旋涡星系·M81〕红外图像


「金斯不稳定性」

当星云的质量足够高时,引力超过气体压力时会引起扰动使得星云收缩,气体密度随着空间分布的变化而变化, 有些区域升高了,有些区域下降了,换句话说就是有些区域的气体变得更密集了,有些区域气体变得更稀薄了,更密集的区域相应来说,引力会变得更强,所以会吸引更多的气体进入这个区域,而稀薄的区域引力变弱了 ,气体会更快地从这个区域被吸引走,于是这种扰动就有可能随着时间的变化会发生放大的现象,密度变得更密,稀薄区域的密度更稀疏。

新恒星(新恒星的形成是由)

发生「金斯不稳定性」是需要条件的,如果在气体里面引力超过了它自身的压力,就有可能发生「金斯不稳定性」现象,这个条件所对应的气体云则需要一个最小的质量,称为叫「金斯质量」,在气体云里面,气体无规则运动所对应的动能依赖于气体里面包含了粒子的总数,而气体的势能取决于气体云的质量和半径,当两倍的动能小于势能的时候才有可能会发生星云的密度扰动而导致的探索,而这个条件就对应着「金斯质量」的大小。星云的密度越高,温度越低,「金斯质量」就越小,这样气体就越容易满足质量超过「金斯质量」的要求,因此恒星往往是诞生在那些高密度,低温度的分子云的云核里面,这只是形成新恒星的一个初始的条件,这个条件所经历的过程大体上可以分为几个步骤:

1.当分子云核变得不稳定了就有可能会发生收缩和坍缩现象,在坍缩的过程中还会不断地分裂成更小的团块,因为它的质量远远地超过「金斯质量」,所以体积在减小收缩的同时又不断地坍缩变成更小的团块,那些更小团块的质量依然超过「金斯质量」的大小的话,它们同样会经历收缩、坍缩和分裂的过程,这样一个大的气体的云块最终会分裂成非常多的小的团块,而这种分裂的过程只有当它的质量和「金斯质量」相当的时候它才会停止。

2.当分裂停止之后,接下来就是每一个小团块独自的演化,这个时候它会继续地坍缩变成所谓的「原恒星」,也就是恒星的胚胎,譬如太阳在形成的过程里面就经历了原恒星的阶段,它的质量只有今天质量的1/3左右,更多的质量是来自于原恒星形成之后对周围物质的吸积过程,因为云核的坍缩,所以气体还在不断地下落,气体在下落的过程中具有角动量,因此会在原恒星周围形成一个吸积盘,原恒星一边吸积,一边向外面抛射物质或者以星风的方式在损失物质,但是总的结果恒星的质量在不断增大。

新恒星(新恒星的形成是由)

3.随着时间的推移,吸积物质的量变得越来越少了,恒星的辐射慢慢地从周围包裹着的物质里面开始展露出来了,当恒星的质量达到氢原子核的热核反应条件时,就开始进行热核反应了,一颗「主序星」在这个时候就诞生了,这时候的恒星称为「零龄主序星」。

4.「零龄主序星」周围的物质大部分被恒星的辐射或者是星风带走了,但是依然有一部分保存了下来,通过碰撞、生长等一系列过程变成了恒星周围的「行星系统」。

新恒星(新恒星的形成是由)


通过观测对新恒星形成理论进行检验

新恒星(新恒星的形成是由)

图解:最左边是〔猎户星云〕光学的图像,中间是〔猎户星云〕红外图像

上面展示的三幅图像分别展示了“恒星形成区”和“原恒星”,〔猎户星云〕在光学波段看到的辐射主要是来自于星云里相对热的气体以及中间几颗明亮的恒星。但是是在红外波段会看到大量的、在光学波段无法发现的年轻恒星,其实它们还没有真正地显露出来,但是可以看到在年轻恒星周围的尘埃云所产生的红外辐射。

右边的图片展示的是一颗正在形成的原恒星,这是一个年轻的恒星,叫做〔Hl.Tau〕,这个原恒星是利用亚毫米波段的望远镜观测得到的,中心最明亮的原恒星周围是吸积盘,这个吸积盘的结构正是太阳系形成所经历过的过程。


黄媂总结·恒星形成的过程

-原恒星坍缩,同时快速吸积周围的物质。

-随着时间的推移,物质吸积过程逐渐减弱至停止吸积。

-原恒星核心开始氢的热核反应,「零龄主序星」就此诞生。

-周围的吸积盘最终演化为行星系统。

新恒星(新恒星的形成是由)

黄媂/作品

黑洞与引力坍缩之前的物质种类没有关系,也跟物体的形状没有关系

任何物体都会由于引力而使得时空发生弯曲

银河系宜居带只是一个半径在2.3~2.9万光年的狭窄带

我是【黄媂】,(天体生物学领域.太空生物学领域.科学.科技.科研.科普)的文章,欢迎点赞.评论.转发.关注互相学习。

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