恒星形成演化|太阳系简史

分子云由湍急的磁化气体和尘埃粒子组成。在气体快速运动的过程中，物质有时会凝结成块状或纤维状的物体。物质成块后，引力也随之产生。它们之中有一些开始收缩，随着密度越来越大形成了“核”——气态的“种子”，恒星的雏形也就形成了。分子核以大大小小的群落分布着，群落的大小完全取决于所属分子云的大小、质量和密度。

分子核一般藏匿在暗分子云的内部，也有少数时候会暴露在外，比如一个距离地球6500光年的恒星发源地——鹰状星云。1995年，美国天文学家杰夫·赫斯特（Jeff Hester）和他的几名同事利用哈勃空间望远镜拍摄到该星云的一张局部近照，该影像后来成了最经典的哈勃影像之一，它就是有名的《创生之柱》（图7-3）。照片名称中的“柱”是指分子云中伸出的圆柱形的尘埃和气体。它们在周围一群大质量的年轻恒星发出的灼热辐射的映衬下，呈现出黑暗的剪影。年轻恒星发出的紫外线辐射会慢慢穿透分子云，打散里面的分子，使电子脱离原子，最后分子变成灼热的等离子体逃逸到太空中。这个过程叫作光致蒸发，最后它会彻底摧毁整个分子云，打断恒星的孕育进程。光致蒸发同样也会影响年轻的行星系统，具体我们会在下文介绍。

图7-3　哈勃空间望远镜拍摄到的鹰状星云中的柱形星云。柱形星云由密集的气体与尘埃组成，光致蒸发雕刻出了它如今的形状，其中最高的柱子有4光年高［图片来源：NASA，ESA，STScI，J.Hester and P.Scowen（Arizona State University）］

在分子云里，物质密度较大的区域抵抗光致蒸发的能力比物质稀薄的区域更强。以鹰状星云为例，那些气体稀薄的区域已经被侵蚀到只剩下尘埃柱和核，看上去就像一根根长满“瘤子”的柱子一样。天文学家将这些“瘤子”形象地称为“EGGS”（蛋），“EGGS”是英文“evaporating gaseous globules”（蒸发气体球状体）的缩写。这些“蛋”中有些已经孵化出了恒星，但由于光致蒸发带走了大量质量，有些可能永远也无法孵化出恒星。那些脱离了原来星云的“蛋”由于无法再次吸积气体，最终将完全蒸发掉。

可以肯定，太阳也是从一个由气体尘埃组成的大型球状物（类似于鹰状星云里的分子核）演变而来的。最初，太阳所在的分子云由于湍流运动形成了一个分子核，这个分子核刚开始的旋转速度很慢。随着引力的作用，物质开始往中间坍缩，气体因为受到挤压而生热。最开始的时候，大多数热量都以红外线辐射的形式逃逸到太空。而随着核中心的密度越来越大，一些辐射被困在里面，导致温度开始升高。随着核开始收缩，它的旋转速度越来越快。许多流入的物质进入核心并且与相反方向的物质相撞，在致密的核心周围形成了一个扁平的气体尘埃盘。

最终，核中心的气体温度达到了约100万摄氏度，由此触发了分子云中的第一个核反应。此时的温度还不足以发生氢融合，所以最先开始燃烧的是氘。氘燃烧释放出的能量使核中心的收缩停止（至少是暂时停止）。大概在核开始收缩的一万年以后，这个核变成了一颗原恒星，原恒星是成为一颗真正恒星的重要一步。由于氘原子非常稀少（约每10万个原子中只有一个氘原子），所以氘原子很快就耗尽了，于是，太阳的内核又再一次收缩。

就算那个时候有天文学家，他们也看不到这个处于婴儿期的太阳，因为那时候的太阳被一个1000～10000天文单位的稠密的物质盘包裹着，只能看到盘的外部。或许，他们还可以看到盘的另一边有气流喷出。处于成长阶段的恒星必须将流入它们的物质的10%喷出才能生存，否则，随着坍缩进程的进行，最终它将由于旋转速度越来越快而完全解体。在恒星磁场的影响下，一部分注入恒星的物质改变了方向，变成了向外高速喷射的喷流，同时也带走了恒星的大量转动能。

这种喷流事件经常在恒星成长区上演。天文学家已经在这些区域发现了数百次喷流，其中有几十次是发生在猎户座和金牛座-御夫座分子云中。喷流以超声速喷向宇宙，其最前端部分在撞到附近的星际气体时会产生冲击波。碰撞过程产生的热量形成了一个由气体组成的发光的星云块，一般呈子弹或圆锥形。这些星云被称为赫比格-阿罗天体（图7-4），它们最早是由天文学家乔治·赫比格（George Herbig）和吉列尔莫·阿罗（Guillermo Haro）在20世纪40和50年代发现的，所以以二人的名字命名。最初，人们以为赫比格-阿罗天体是原恒星的所在地，直到20世纪80年代它们的真实身份才水落石出。尽管大部分气流在普通光下不可见，但由于它们能发射出波长极短的无线电波，所以它们的完整长度得以被测定。来自不同方向的两个喷流经常被追踪到来自同一源头，哪怕大部分时候喷流的源头都比较隐秘。

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图7-4　哈勃空间望远镜拍摄到的赫比格-阿罗天体HH47。这团发光气体约有0.5光年长，是由隐藏在图片左下角的一团黑暗气体尘埃云中间的新生恒星喷射出来的［图片来源：J.Morse（STScI）and NASA］

大约10万年之后，年轻恒星周围的许多物质都已经被吸积到恒星或者恒星盘上，恒星的真容终于显露出来。今天，我们也可以在猎户座中看到许多这种恒星。1994年，科学家给哈勃空间望远镜装上了校正光学系统，修补了原来反射镜面的缺陷，于是，猎户座星云成了它的第一个观测目标。在利用精度独一无二的哈勃空间望远镜观测了猎户座星云中的110颗年轻恒星后，天文学家罗伯特·奥戴尔（Robert O'Dell）发现，它们当中有56颗周围都环绕着黯淡的尘埃盘，他将它们称为原行星盘。猎户座的影像有力地证明了原行星盘是年轻恒星形成过程的一个自然部分。猎户座星云里的很多原行星盘的边缘都比较尖锐，而且被一层发光的气体包围着。显然，它们的外部正在受到周边恒星紫外线的侵蚀（图7-5）。

图7-5　哈勃空间望远镜拍摄到的猎户座星云内的30个原行星盘。靠近猎户四边形星团中最亮恒星的原行星盘依靠着该星的强大辐射而发光，离它较远的盘则只能看到明亮星云背景衬托下的剪影［图片来源：NASA/ESA and L.Ricci（ESO）］

磁能在引发年轻恒星喷流的同时还产生了强光，这种光类似于我们今天看到的太阳耀斑，但规模要大得多，年轻恒星周围的剧烈活动还包括X射线和无线电波爆发，以及原行星盘物质偶尔落到恒星上引起的暂时性光爆发。金牛座-御夫座星云中含有数十颗这种动荡不安的新生行星，调节着它们不断改变的状态，因为其中一颗叫金牛T星，所以所有这类恒星都被称为金牛T型星。

随着金牛T型星逐渐收缩，它们的密度越来越大。它们的原行星盘中的物质向内流到恒星表面上，形成了行星，或者被磁辐射电离蒸发，消散在太空中。大多数原行星盘会在几百万年的时间后消散。过不了多久，恒星内核的温度将达到600万摄氏度，这时，普通的氢开始融合生成氦。这个强烈的反应标志着恒星已经告别青年期，进入漫长的成年期（图7-6）。

图7-6　太阳从诞生到成为白矮星需要经历的几个主要阶段