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恒星的孕育与诞生

作者:李会超 发布时间:2022-01-14 09:03:53 来源:解放军报 字体:   |    |  

图为斯必泽太空望远镜拍摄的照片:一颗正在形成的原恒星(居中位置)及其形成的喷流。这一喷流结构被称为赫比格-哈罗天体。

  从20世纪初到现在,天文学家已创建一套恒星“生老病死”过程的综合理论,并通过观测得到验证。天文学家之所以能在短时间内弄清这一过程的规律,是因恒星演化过程无时无刻不在宇宙中的一些位置发生,人们能在夜空中观测到处于不同演化阶段的恒星。

  就像一个人无须走完自己的一生,就能通过身边不同年龄的人认识到人一生的过程一样,天文学家也可通过不同演化阶段恒星的观测资料,得到对恒星演化全过程的认识。

  恒星具有庞大质量,能释放巨大能量,但聚合成恒星的是看似微不足道的星际物质。引力和加热这两种物理现象的相互作用,构成了恒星形成的“主旋律”:一开始,引力作用占主导,物质开始不断向中心聚集,加热过程随之开始,并越来越强。当物质间引力和加热产生向外膨胀的力达到平衡时,恒星便进入了自身的“壮年”,开始以或长或短时间稳定地存在。在恒星“寿命”末期,加热和引力的平衡被打破,经过一系列激烈的爆发后,恒星最后“寿终正寝”。

  星云是恒星形成的起点。星云中物质的聚集往往来自外部扰动:或是附近其他恒星形成时发射出的物质挤压了星云中的星际物质,或是附近一颗“垂老”恒星一次超新星爆发对星云产生了扰动。外部力量使原先弥散的星际物质开始聚集成一个个星云团块,星云便开始瓦解,恒星孕育过程便在这一个个星云团块中开始了。

  如果从高处抛下一个物体,该物体在落地之前,会在重力作用下越掉越快。地球与物体之间的万有引力,使得物体拥有了重力势能,在掉落过程中重力势能转化成物体运动的动能。当星云团块在自身引力的作用下不断向中心聚集时,微观粒子就好像从高处下落一样,其引力势能不断转化为自身动能。如果我们把视角放大到宏观尺度,粒子动能增加则表现为温度增加。高温使星云团块中心开始发光,形成了处于原始状态的恒星——原恒星。原恒星虽然可以发光、能被观测到,但恒星最重要的能量产生方式——核聚变,此时还未发生。因此,原恒星还不能算是真正的恒星。

  在原恒星阶段,形成恒星的物质仍处于向中心聚集坍缩的过程中。原恒星在不断吸引物质的过程中,表面还存在着强烈的爆发现象。2015年,天文学家使用主要在红外波段开展观测的斯必泽太空望远镜,发现一颗新恒星上的突然爆发。这颗恒星尚处于原恒星演化最初的“0级”阶段,因此这次爆发是目前人们观测到的发生在恒星“生命”过程中最早的一次爆发。

  当中心温度足够高时,粒子的动能会克服互相之间的静电斥力,使粒子接近到足以发生核聚变的程度。核反应开始在恒星中心启动并稳定地持续下去,为恒星提供源源不断的能量。同时,恒星物质因引力而向内坍缩的运动,与因中心加热而向外扩张的运动逐渐达到平衡,一颗新恒星便正式诞生了。

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