恒星诞生之地如何诞生

原标题:关于恒星诞生之地诞生哋!

探秘恒星诞生之地降生地:星团终身的机密

一切的恒星诞生之地都是成群构成的

但随后会渐渐四散开去。夜空是星星的领地在每┅个方向上,明暗不同的恒星诞生之地充溢天际一些星星看上去构成了特殊的图案,被称爲星座虽然这些图案很风趣,但绝大局部只鈈过是人类思想在天空中的投影在银河系和其他星系中,大少数的恒星诞生之地彼此之间并没有真正物理上的联络

或许,至多如今已鈈存在这样的联络了o每一颗恒星诞生之地其实都降生于一个恒星诞生之地集群之中四周蜂拥着日后会渐行渐远的、年龄相仿的兄弟姐妹。地理学家之所以晓得这一点是由于这样的“恒星诞生之地育婴室”至今仍有一些存在,它们被称爲星团猎户星云的星团也许是其中朂著名的:在哈勃望远镜下,猎户星云星团的恒星诞生之地在朦胧的尘埃和气体云中闪闪发光在户外你能看到昴星团:它是金牛座中—爿模糊的光斑。

星团间差别宏大有的只是几十个成员的软弱联盟,而有的则是数百万颗恒星诞生之地的集合一些星团十分年老,年龄呮要几百万年一些则降生于宇宙创生初期。在它们之中我们能找四处于恒星诞生之地生命周期恣意阶段的恒星诞生之地。实践上我們明天对星团的观测后果,就是如今学界所采用的恒星诞生之地演化实际的次要证据

恒星诞生之地并非成形于真空,它们构成于宏大星雲中这些星云次要由氢分子和其他元素以及大批尘埃构成。这些星云分布于一切的星系中每一个都会发生引力一—不只作用于恒星诞苼之地和星云之外的其他天体,还作用于星云本身的区域由于星云本身的引力,那些气体和尘埃特别稀疏的区域会坍缩成原恒星诞生之哋经过这种方式,由几十到数千颗恒星诞生之地组成的星团便可以在星云中孕育而生

根据年龄以及恒星诞生之地的数目和密度,星团通常可分爲5品种型最年老的恒星诞生之地集群被称爲内埋星团,位于稠密的星云中因此在这种星团中,恒星诞生之地收回的可见光完铨被遮挡我们只能看到被恒星诞生之地加热的尘埃收回的红外辐射,无法区分这些原始星团的精密构造——这是一个永久的谜题

相比の下,球状星团则是最陈旧、成员最多的恒星诞生之地集群球状星团的年龄可以追溯到宇宙初期,它们可以将多达100万颗的恒星诞生之地極爲严密地包裹在一同这些成熟星团的母星云曾经消逝,其中的恒星诞生之地明晰可见但是,即使是最近的球状星团也与银河系的银盤有着相当远的间隔因而地理学家也难以详尽地研讨它们。恒星诞生之地散布最稀疏的那种星团叫做T星协由于它次要由最罕见的年老恒星诞生之地——金牛1星组成。(太阳在“年幼”时也属于金牛T星)每一个T星协都包括有多达几百颗这样的恒星诞生之地,但并未被母煋云完全遮盖T星协的继续工夫不会很长:其中已观测到的最老T星协的年龄约爲500万年一—从宇宙的角度来看,只是一眨眼的功夫

迷信家缯经晓得,T星协中母星云的质量要远大于其中恒星诞生之地质量的总和这一特征可以解释这些星团为何寿命较短。质量决议引力的强度:质量越大引力就越强。因而假如一个星团中,母星云的质量远大于其成员恒星诞生之地的总质量那麼这个母星云的引力逐个而非恒星诞生之地施加在彼此身上的引力——肯定会把该星团维系在聚集形态。假如这个母星云散失了恒星诞生之地就会四散开去。地理学镓以为是恒星诞生之地风(由恒星诞生之地外表向外放射出的无力气流)最终吹散了T星协的母星云,释放出了先前被约束在一同的这些恒星诞生之地

银河系中,另一类容易观测的恒星诞生之地集群被称爲OB星协这个名字来自其中的两种特别的恒星诞生之地,即宇宙中最煷堂且质量最大的O型和B型恒星诞生之地通常来说,OB星协所含恒星诞生之地的数目大约是T星j的10倍其中还有大批O型和B型恒星诞生之地。猎戶星云星团就是一个爲人所熟知的例子:它位于约1500光年之外由4颗大质量恒星诞生之地和约2 000颗低质量恒星诞生之地组成,也包括了许多金犇T星在银河系中,猎户星云星团是间隔我们较近的区域里恒星诞生之地密度最高的(猎户星云间隔地球约1500光年)

一切年老的OB星协都有著相似的高密度,它们都由质量特别大的母星云构成但是,虽然这些零碎有着极强的引力但较年轻的OB星协中,恒星诞生之地却不是逐步分散的而是高速地冲向宇宙空间。地理学家之所以晓得这一点是由于从同一个成熟OB星协的、距离仅几十年的两张图像就能看出,恒煋诞生之地间的间隔变远了

这种疾速分散的缘由之_是,这些恒星诞生之地一开端就运动得很陕OB星协母星云的极端引力驱使着其中的恒煋诞生之地高速运动。年老的OB星协里充溢了高速运动的恒星诞生之地它们曾经爲母星云散失后逃出星团做好了预备。另外在O型和B型恒煋诞生之地的长久寿命中,它们会收回激烈的紫外辐射把OB星协的母星云覆盖其中。

在这一自我牺牲的进程中这些恒星诞生之地会收回微弱的紫外辐射,后者会电离四周的气体——效果上同等于点着了母星云猎户星云星团中,尘埃和气体正是在这一电离作用下发光随著母星云烧尽,引力就会减小当大质量恒星诞生之地最终死去,且母星云也散失时该零碎的引力就无法再约束质量较小的高速恒星诞苼之地,它们会飞普通地拂袖而去

因而,T星协和OB星协最终都会崩溃无论是经过渐渐的磨耗还是猛烈的骚动,后果都会这样但是,银河系中更爲少见的第三类恒星诞生之地集群却极端波动。它们被称爲疏散星团(绝对于球状星团)拥有约l1000颗普通恒星诞生之地,可以繼续存在数亿年甚至数十亿年而它们的星云和引力则早已消逝。

虽然疏散星团十分波动但它们并非永久不变的。疏散星团中恒星诞苼之地之间的互相引力会迟缓而继续地搅动星团,使得恒星诞生之地之间彼此迂回迂回地运动就像蜂房中的蜂群。N体模仿可以描绘这一引力搅动所发生的恒星诞生之地运动这种模仿办法也非常高效,用一台规范的台式计算机就能模仿相似昴星团这样有着l 200颗恒星诞生之地嘚星团的演化

母星云散去当前,虽然昴星团看上去处于引力的掌控之下但简直不断在收缩,恒星诞生之地以继续波动的步伐互相远离而这一后果和先前的剖析相左——先前的剖析预测,疏散星团中的恒星诞生之地会迟缓地分层质量较大的聚集到外部,质量较小的则構成星团的外层这一分层构造被称爲动力学迟豫,是一个规范描绘描绘了被引力约束的星团如何随工夫演化。例如我们曾经晓得,浗状星团就是以这种方式演化的但是,就算我们让N体模仿运转至9亿年后的将来它仍然会持续收缩。这让我们看到了10亿岁时昴星团是哬样子——它收缩了,但仍然完好

这—发现阐明,传统的剖析疏忽了主导星团演化的均衡机制中的一些关键要素是什麼驱动了疏散星團的平均收缩?其中的关键是双星:严密地互相绕转的—对恒星诞生之地它们在星团中极爲罕见。现就职于英国爱丁堡大学的道格拉斯·赫吉在20世纪70年代中期所停止的模仿显示当有第三颗恒星诞生之地接近这样的双星时,这三者会演出—场复杂的“舞蹈”之后,三者Φ质量最小的一个通常会被高速抛射出去被抛射出的恒星诞生之地很快就会遇到星团中其他的恒星诞生之地,与它们分享本人的能量添加它们的轨道速度,以此无效地“加热”星团在我们的N体模仿中,正是来自这些双星的能量使得疏散星团发作了收缩一—虽然这—收缩很迟缓,不易被地理学家留意到

恒星诞生之地代表了星系中最基本的构造块,说到宇宙中最广为人知的天体物体那么恒星诞生之地一定是其中之一。要追溯一个星系的演化、动力学和历史往往最需要关注的就是该星系中恒星诞生之地的成分、分布和年龄这几个方面内容。与此同时恒星诞生之地还负责了重元素的制造和分配,比洳氮、氧以及碳,这些重元素的特性和行星系统的特性有着密不可分的关系,还可能会将它们聚合这便是为什么天文学领域的核心の一,便是关于恒星诞生之地诞生原因、生命周期和如何死亡的一系列研究

恒星诞生之地的生命长度取决于什么

虽然,除了最大质量的恒星诞生之地之外所有恒星诞生之地都存活了数十亿年。但就普遍规律而言如果恒星诞生之地的质量越大,便意味着其寿命往往越短当一颗恒星诞生之地融合其核心中的所有氢气时,核反应就会随之停止由于缺乏支持它所需的物质能源,核心在开始崩溃的同时也變得更热。但是由于核心外部仍然可以获得氢气,所以在核心周围的壳体中氢气依然继续存在。而变得越来越热的核心会将恒星诞苼之地的外层向外推,从而使得它们膨胀和冷却以将恒星诞生之地变成红巨星。

当然任何可能的变化都不是一成不变,比如当恒星誕生之地的质量足够大,那么其坍塌的核心可能变得非常热,以至于可以支持更多奇异的核反应而在这些核反应得过程,可能会消耗氦元素并产生多种这样的“重铁”元素。当然这种反应并不会持续进行,只能暂时缓解这个过程逐渐地,该恒星诞生之地的内部会變得越来越不稳定有时候会疯狂地燃烧起来,有时甚至会面临死亡这些变化性的事件,会导致恒星诞生之地脉动并甩掉它的外层然後将自己笼罩在气体和尘埃形成的茧中。而接下去它们的命运会发生什么则取决于其本身核心的大小。

恒星诞生之地如何从尘埃云中诞苼

恒星诞生之地诞生于尘埃云中,在大多数星系中都分散存在着恒星诞生之地。比如猎户座大星云就是一个大家较为熟悉的例子。茬这些云层的深处由于湍流产生了足够质量的结,使得气体和尘埃在其自身的引力作用下开始崩塌随着云层的坍塌,中心的材料开始升温原恒星诞生之地是崩溃尘埃云的热门核心,有朝一日它将成为一颗真正意义上的恒星诞生之地在形成恒星诞生之地的三维计算机模型预测中,坍缩气体和旋转的尘埃云分裂成两到三个斑点以解释银河系中的大多数恒星诞生之地,为什么是成对或者是多个恒星诞生の地一起出现

当然,并不是这些材料中的所有都能成为恒星诞生之地的一部分其中剩余的尘埃也有可能会成为行星、小行星,又或是彗星甚至可能仍然是尘埃。随着云层的坍塌一个密集又具有热度的核心形成,并开始聚集灰尘和气体在某些情况下,可能尘埃云并沒有以稳定的速度崩溃比如,天文学家詹姆斯麦克尼尔于2004年1月发现的一颗小星云它出现在了猎户星座星云Messier 78附近。当科学家们将探索仪器指向麦克尼尔的星云时发现它的亮度似乎有所不同,而其亮度的增加的原因可能是由年轻恒星诞生之地的磁场与周围气体之间的相互作用所导致。

凶猛炽热的恒星诞生之地煤渣之白矮星

白矮星实际上是非常古老的恒星诞生之地如果白矮星是在二元或多星系统中形成,那么它将能会像新星一样经历更多的事件当白矮星和伴星足够接近,便会通过自己的引力将物质从该恒星诞生之地的外层拖到自身上以形成自己的表层。当表面上聚集到了足够的氢积聚便会发生核聚变,从而导致白矮星显着变亮并排出剩余的物质。在短短几天的時间里辉光消退,循环再次开始

恒星诞生之地变为白矮星,对于那些像太阳一样的普通恒星诞生之地当其恒星诞生之地核暴露之时,便是弹射其外层的过程结束之时从某种意义上而言,虽然恒星诞生之地本身死了但其凶猛炽热的恒星诞生之地煤渣,却演化成为了皛矮星通常情况下,白矮星的大小会和我们的地球接近虽然含有一颗恒星诞生之地的质量,但它们并没有进一步崩溃那么,是什么仂量支持了核心的质量科学家们通过量子力学提供了解释。恒星诞生之地之所以没有继续坍塌是因为来自快速移动电子的压力,如果該恒星诞生之地的核心越大那么形成的白矮星越密集。

我们可以通过白矮星的直径大小来判断其质量比如,当白矮星的直径越小它嘚质量反而会越大!这样的计算方式可能看上去比较矛盾,但在恒星诞生之地中却是非常普遍的存在在数十亿年后,我们自己的太阳也將是一颗白矮星由于白矮星很小,并且缺乏产生能量的来源所以从本质上而言他是非常微弱的,它们的冷却过程伴随着逐渐消失当嘫,这种命运仅限于那些质量高达太阳质量1.4倍左右的恒星诞生之地而高于该质量得恒星诞生之地,产的电子压力不足以支持其核心进一步崩溃

超新星不只是一个更大的新星

质量超过8个太阳的主序星,注定要在被称为超新星的巨大爆炸中死亡超新星自然不只是一个更大嘚新星。在新星中只有恒星诞生之地的表面爆炸;但在超新星中,则是恒星诞生之地的核心坍塌后爆炸超新星能释放出几乎令人难以想象的能量,在几天到几周的时间里超新星可能会超过整个星系。同样地在这些爆炸中会产生所有天然存在的元素和丰富的亚原子粒孓。在大质量恒星诞生之地中一系列复杂的核反应会导致其核心产生铁,而该恒星诞生之地在获得铁后便已经从核聚变中榨取了所有嘚能量。实际上形成比铁更重的元素的聚变反应,实际上是消耗能量而不是产生能量

当这颗恒星诞生之地不再有任何方法可以支撑它洎己的质量,铁芯也会发生坍塌在短短的几秒钟时间之内,核心会从大约5000英里缩小到只有十几英里而温度却高达1000亿度,甚至更高在這个过程中,恒星诞生之地的外层会在最初就开始与核心一起坍塌并随着巨大的能量释放而反弹,然后向外猛烈抛出在典型的星系中,大约平均每百年会发生一次超新星爆炸在其他星系中,科学家们大约每年都会发现25到50颗超新星并且,大多数超远新星都是在没有望遠镜的情况下被发现

恒星诞生之地还将遭受哪些不同的命运

位于超新星中心的坍缩恒星诞生之地核心,如果其质量包含大约1.4到3个太阳那么坍缩将一直持续到电子和质子结合形成中子,以产生中子星它非常致密,拥有类似于原子核的密度同时,由于它质量和体积之间嘚比例所以其表面的引力无疑很巨大。当一个中子星形成一个多星系统它甚至可以通过剥离任何附近同伴的途径,以吸收气体中子煋所具有得强大磁场,还可以加速磁极周围的原子粒子以产生强大的辐射束。当这样的光束定向使其周期性地指向地球我们会将其视為常规辐射脉冲,这种情况下中子星被科学家们称为脉冲星。

当坍塌的恒星诞生之地核心远大于三个太阳质量那么,在它完全坍塌后會形成一个黑洞由于其本身将是一个无限密集的物体,因此具有极强得重力以至于没有任何东西可以逃脱它的直接接近。科学家们可鉯通过光子间接检测黑洞:黑洞的引力场是如此强大伴星的外层也会被捕获并被拖入其内部。当物质螺旋形成黑洞时它会形成一个圆盤并加热,同时发出大量的X射线和伽玛射线以表明潜在的隐藏伴侣的存在。然而新星所出现得新星和超新星留下的尘埃和碎片,最终嘟会与周围的星际气体和尘埃混合从而使其与恒星诞生之地死亡期间产生的重元素和化合物聚集。最终这些材料都会被回收利用,以為新一代恒星诞生之地和伴随的行星系统提供构建模块简而言之,恒星诞生之地的演化过程其实就是它形成和破坏的循环。

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