2023年恒星的童年(上)恒星.docx
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1、2023年恒星的童年(上)恒星 星球的早期是由气体猛烈碰撞所主宰,核反应慢慢地起先了,这使得演化成熟的星球能够稳定地发出能量。并且持续数百万年。 抬头仰视清楚的夜空,远离城市烟火,人们可以看到宇宙中分布了数不尽的恒星。自然界是如何让这些繁星寂静在我们的银河系中?星球在宇宙产生后(距今100亿年200亿年)仍旧不断地诞生,这些星球又是如何产生的?在年轻的星球转变为成熟稳定星球(如太阳)的过程中,又经验了哪些改变? 以物理学家的论点而言,一个星球只不过是一团受重力束缚的高热气体球。它内部的高热与压力使得气体球内部产生核反应(主要是氢聚变成氦),核反应产生的压力使星球不会受重力作用而接着收缩。这种简
2、洁的系统能够清晰地描述星球演化的过程:刚起先是一团星际气体渐渐收缩而变密。到最终星球将全部的核燃料消耗完,使光度渐渐变暗而形成白矮星、中子星或黑洞。 以上的描述好像会使人以为,早期星球演化的各个细微环节应当很简单了解。但事实不然,例如在考虑亮度改变的过程中,尚未进入主序星的年轻星球因为内部温度太低,无法进行核聚变反应,理论上这个阶段的星球亮度应当是最低的。当它进入主序星阶段,核聚变反应渐渐起先,它的亮度也渐渐增加,最终再变暗。事实上,一些年轻的星球是特别亮的,它的亮度随年纪增加而变弱,当亮度达到最小值时,核聚变反应才起先,这与预料的完全不同。早期星球的物理过程特别困难,有些部分至今仍旧不清晰。
3、直到最近20年才有天文学家起先将各个片断的理论现象连接起来,形成一个完整的物理图像。 分子云的收缩过程 在银河盘面上,一团气体透过本身的重力收缩而渐渐形成星球。这团体积大而且可见光不易穿透的气体称作巨大分子云。分子云表示气体主要由分子状态的氢气所组成,这个分子云是银河系中最大的结构,直径大于300光年。 星球通常在分子云中较为稠密的区域中诞生。这稠密的区域称为稠密核,一般天文学家是利用无线电波望远镜来探讨稠密核的特性。因为只有用这种大型的无线电波望远镜才能侦测到发自分子云微弱的毫米电磁波。这种辐射并不是来自氢分子本身,而是来自核内的其他分子,如CO、CS。由这些分子发出的辐射可知:稠密核密度为
4、每立方厘米约3万个氢分子,温度约为IOK。探讨者可由以上的数据推算出,稠密核的压力刚好可抵抗住本身的重力收缩,因此一个星球的形成,必需由稍不稳定状态起先收缩而形成(稍不稳定指的是重力略微大于气体压力)。 稠密核本身如何在分子云中收缩达到稍不稳定的缘由,并不清晰。即使如此,天文物理学家仍旧有其他工具可以探讨星球的形成。在19世纪90年头发觉稠密核之前,理论学家就曾利用电脑模拟,推断星球如何在不稳定状态下收缩。利用电脑做模拟试验时,每次模拟都假设不同的初始条件,但每个结果都显示分子云并不是猛烈的不稳定收缩。也就是说,中心物质先进入如自由落体般的收缩状态,外面的气体仍旧保持静止,收缩区域慢慢地由中心
5、向外扩散。在收缩区域的中心,一颗恒星经由分子碰撞而形成。 恒星本身直径约一个光秒,大约是稠密核的千分之一。由于体积太小,至今仍不能清晰地观测到它的收缩过程,唯一能观测的只是质量流入中心的速度。这个流量指的是单位时间内流过以分子云中心为圆心的一假想圆球壳面的质量。关于这点,加州高校伯克利分校的徐遐生院士提出一个特别重要的理论。他利用自我相像性的假说证明,质量流入中心的速度只取决于分子云刚起先的温度:温度愈高,速率愈大。他的探讨结果显示,正在收缩的稠密核中心,一个太阳大小的物质的流入,需10万年100万年。 在收缩分子云中形成的物体称为原始星球。比较流行的原始星球理论起源于1969年,耶鲁高校的拉
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