第18章 恒星的形成

恒星诞生于分子云中。分子云中的致密区域发生塌缩最终形成恒星。在产生恒星的稠密星云中，大部分氢以分子的形式存在，因此这些星云被称为分子云。观测表明，最冷的分子云倾向于形成低质量恒星，首先在云层内部的红外线中观察到，然后在云层消散时在其表面的可见光中观察到，而通常较温暖的巨型分子云产生各种质量的恒星。这些巨型分子云的典型密度为每立方厘米100个粒子，直径为100光年，质量高达600万个太阳质量，平均内部温度为10 K。

恒星形成的一个更紧密的地方是由致密气体和尘埃组成的不透明云（暗云），称为博克球状体，以天文学家巴特博克的名字命名。这些云可以与坍塌的分子云联合形成，也可以独立形成。博克球状体的直径通常可达一光年，质量为几个太阳质量。它们与明亮的星云或背景恒星形成对比容易被观测到。超过一半的已知博克球状体被发现含有新形成的恒星。

大质量恒星（大于8个太阳质量）形成原恒星后会具有很强的紫外辐射，这些辐射出来的紫外光子会电离星周物质（光致离解）。由于分子云中大部分是氢原子和氢分子，所以这片电离的区域又被叫做电离氢区根据恒星质量不同，它的形成机制也有些微不同。

低质量恒星形成的理论得到了观测的有力支持，即低质量恒星是由分子云中旋转密度增加的引力坍缩形成的。由气体和尘埃组成的旋转云的塌缩导致吸积盘的形成，物质通过吸积盘被引导到中心原恒星上。为了维持角动量守恒，原恒星上垂直盘的轴的两极会有物质外流。对于大质量恒星的形成机制还不了解。

大质量恒星释放出大量的辐射，这些辐射会对正在形成的物质产生反作用力。过去，人们认为这种辐射压力可能足够大，足以阻止大质量原恒星的吸积，并阻止质量超过几十个太阳质量的恒星的形成。

最近的理论研究表明，喷流和外流的产生清除了一个空腔，大质量原恒星的大部分辐射可以通过这个空腔逸出，而不妨碍通过圆盘和原恒星的吸积。

大质量恒星可能因此能够通过一种类似于低质量恒星形成机制的机制形成。越来越多的证据表明，至少一些大质量的原恒星确实被吸积盘所包围。其他一些关于大质量恒星形成的理论仍有待于观测检验。其中，也许最突出的是竞争吸积理论，它表明大质量的原恒星是由低质量的原恒星“播种”的，这些原恒星与其他原恒星竞争，从整个母体分子云中吸积物质，而不是仅仅从一个小的局部区域。

是天体物理学上恒星或星际物质在自身物质的引力作用下向内塌陷的过程，产生这种情况的原因是恒星本身不能提供足够的压力以平衡自身的引力，从而无法继续维持原有的流体静力学平衡，引力使恒星物质彼此拉近而产生坍缩。在天文学中，恒星形成或衰亡的过程都会经历相应的引力坍缩。

恒星形成于星际间尘埃和气体构成的巨型星云，这些星云中的粒子通常状态下以高速随机运动，彼此间的引力不足以将它们压缩到一起。但当外界条件（例如临近的超新星爆发或者其他激变事件的发生）允许时，这些星云被足够强的压力压缩以至于引力能够克服这些粒子的运动使它们彼此靠拢。于是星云开始引力坍缩的过程，并且其速度越来越快，由于角动量守恒的制约最终从原先庞大的星云中分离出许多小的但更致密的星云，这一过程也经常称作引力凝聚（gravitational condensation）。

这些星云继续在自身的引力作用下发生坍缩，同时坍缩的能量不断转化成星云的内能，在星云内部产生向外的辐射压，这个辐射压能够通过平衡向内的引力逐渐减缓并最终停止引力坍缩。当辐射压与引力彼此平衡时，星云坍缩为一个具有一定密度的球体，这被称作原恒星。原恒星的周围仍然充斥着厚重的星际气体和尘埃。天文学家已经观测到部分引力凝聚的过程，但这一过程还没有得到全面的了解。

一个约大于1/10倍太阳质量的原恒星能够具有足够高的温度和密度发生氢核聚变，从而能够演化为主序星，在主序星阶段提供恒星辐射压的主要来源就是这种氢核聚变。而小于这一质量的原恒星只能形成褐矮星或次恒星天体，它们不能进行氢核聚变，但有些可以进行氘核聚变；更小的原恒星只有成为行星的可能，正如太阳系中的大行星那样。