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恒星的艰难诞生 来自：科学松鼠会 发表于：8月18日 8:50 阅读原文? 分享发送收藏 Erick T. Young文Shea译 如果说有什么事情你认为天文学家们现在应该已经搞清楚了，那就是恒星是如何形成的。关于恒星形成的基本想法可以追溯到18世纪的伊曼纽尔·康德（Immanuel Kant）和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace），随后物理学家们则在20世纪上半叶搞清楚了它们是如何发光和演化的细节。如今中学里就在教授那些支配着恒星的物理规律，而诸如暗物质这样奇特的东西则占据了新闻的头版头条。恒星形成似乎看起来已经是一个被解决了的问题。但事实远非如此。恒星形成依然是当今天体物理学中最活跃的领域之一。 [图片说明]：哈勃空间望远镜上新安装的大视场照相机3去年所拍摄的星系M83核心附近猛烈的恒星形成。标准模型无法解释其中所出现的大质量蓝色恒星以及它们将能量返还给其母星云的方式。版权：NASA, ESA, R. O’Connell (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), M. Dopita (Australian National University), and the Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee。 用最简单的话来讲，这一过程彰显着引力战胜了压强。它始于星际空间中漂浮着的巨大气体、尘埃云。如果这片星云——或者，通常把星云中某个高密度部分称为“云核”——的温度足够低、密度足够大，向内的引力就会超过向外的气体压强，于是它就会在自身的重量下坍缩。这片星云或者这个云核的密度和温度会变得越来越高，最终点燃核聚变。由聚变产生的热量会使得内部压强升高，进而停止坍缩。于是这颗新诞生的恒星就会进入可持续数百万乃至上万亿年的动态平衡状态。 这一恒星形成理论是自洽的，并且和大量的观测相符。但它还远未完善。上一段中的每一句话都亟需进一步的解释。有四个问题特别困扰着天文学家。第一，如果高密度的云核是孵出恒星的“蛋”，那么下蛋的“母鸡”在哪里？星云自身必定来自某个地方，而它们的形成过程还没有被很好地认识。第二，是什么使得云核开始坍缩？无论最初的机制是什么，它决定了恒星的形成率以及恒星的最终质量。 第三，胚胎期的恒星如何彼此影响？标准理论描述的都是孤立的单颗恒星；它并没有告诉我们，当恒星密集形成的时候会发生什么，而这却是绝大多数情况。最近的发现预示，我们的太阳形成于一个已经瓦解的星团之中。在拥挤的托儿所里长大和当一个独子之间会有什么不同？ 第四，大质量恒星到底是怎样形成的？标准理论只能用于质量小于20个太阳质量的恒星，对于更大的恒星则不适用，它们巨大的光度会在初生的恒星积聚到足够的物质前将星云吹散。此外，大质量恒星会通过紫外辐射、高速外流和超音速激波来作用于它们周围的环境。这一能量反馈会使得星云瓦解，但标准理论并没有考虑这一点。 解决这些问题的呼声正在日益高涨。从星系形成到行星起源，恒星形成几乎是天文学中一切的基础。如果不了解它，天文学家就无法剖析遥远的星系或者是认识太阳系外的行星。虽然最终的回答还仍然扑朔迷离，但有一点已经取得共识：一个更精湛的恒星形成理论必须要考虑环境对其的影响。新生恒星的最终状态将不单单取决于云核中的初始条件，还和其周围的环境以及其他恒星随后对它的影响有关。这是一场宇宙尺度上的先天和后天之争。 [图片说明]：一颗恒星艰难的诞生。标准模型可以漂亮地解释孤立、中低质量恒星的形成，但仍然存在许多问题。恒星形成始于巨分子云——一团低温的气体、尘埃云；在星云中，一小团尤为致密的气体、尘埃云——云核——在自身的重量下开始坍缩；云核碎裂成多个恒星胚胎。其中每一个都会形成原恒星并且吸积气体和尘埃。原恒星收缩，进一步增大密度。当其核心开始核聚变反应之后，正式成为一颗恒星。行星则会从其周围剩余的物质中形成。版权：Scientific American。 生于尘埃 如果你在一个远离城市灯光、黑暗的地方仰望天空，你会看到贯穿夜空的银河，在这条弥散的光带上分布有暗色的斑块。这就是星际云。其中的尘埃粒子阻挡了星光，使得它们对可见光而言变得不透明。 结果是，想要观测恒星形成的人不得不面对一个根本的问题：恒星隐藏了它们的出生过程。将要形成恒星的物质既厚又黑；它需要达到足够高的密度才能启动核聚变，但目前还没有到这一步。天文学家可以看到这一过程是如何开始和结束的，但中间过程从根本上几乎无法观测，因为大部分的辐射落在远红外和亚毫米波段，在这些波段上天文学家的观测手段和其他的比起来相形见绌。 天文学家认为，形成恒星的星云是星际介质大循环中的一部分，在这个循环中气体和尘埃会从星云变为恒星，再从恒星变回原状。星际