揭开恒星诞生之谜

时间:2022-07-02 09:10:52

揭开恒星诞生之谜

每一颗恒星其实都诞生于一个恒星集群之中,周围簇拥着日后会渐行渐远的兄弟姐妹。天文学家之所以知道这一点,是因为至今仍然存在一些这样的“恒星育婴室”─星团。猎户星云的星团也许是其中最著名的。

在星团之中,我们能找到处于恒星生命周期任意阶段的恒星。实际上,我们今天对星团的观测结果,就是现在学界所采纳的恒星演化理论的主要证据。我们对单颗恒星可谓了解,而对形成它们的摇篮却知之甚少。 恒星在星团中形成,而星团则包裹在气体与尘埃混合而成的星云中。图为猎户座星云的星团。 恒星育婴室

恒星并非成形于真空,它们形成于巨大星云中,这些星云主要由氢分子和其他元素以及少量尘埃构成。这些星云散布于所有的星系中,每一个都会产生引力――不仅作用于恒星和星云之外的其他天体,还作用于星云自身之中的区域。由于星云自身的引力,那些气体和尘埃特别稠密的区域会坍缩成原恒星。通过这种方式,由几十到数千颗恒星组成的星团便可以在星云中孕育而生。

依据年龄以及恒星的数目和密度,星团通常可分为5种类型。最年轻的恒星集群被称为内埋星团,位于浓密的星云中,因而在这种星团中,恒星发出的可见光完全被遮挡,我们只能看到被恒星加热的尘埃发出的红外辐射,无法辨别这些原始星团的精细结构――这是一个永恒的谜。

相比之下,球状星团则是最古老、成员最多的恒星集群。球状星团的年龄可以追溯到宇宙初期,它们可以将多达100万颗的恒星极为紧密地包裹在一起。这些成熟星团的母星云已经消失,其中的恒星清晰可见。然而,即便是最近的球状星团也与银河系的银盘有着相当远的距离,因此天文学家也难以详尽地研究它们。

恒星分布最稀疏的那种星团叫做T星协,因为它主要由最常见的年轻恒星――金牛T星组成(太阳在“年幼”时也属于金牛T星)。每一个T星协都包含有多达几百颗这样的恒星,但并未被母星云完全遮蔽。T星协的持续时间不会很长,其中已观测到的最老T星协的年龄约为500万年――从宇宙的角度来看,只是一眨眼的工夫。

科学家已经知道,T星协中母星云的质量要远大于其中恒星质量的总和。质量决定引力的强度:质量越大,引力就越强。因此,如果一个星团中,母星云的质量远大于其成员恒星的总质量,那么这个母星云的引力――而非恒星施加在彼此身上的引力――必定会把该星团维系在聚集状态。如果这个母星云消散了,恒星就会四散开去。天文学家认为,是恒――星风(由恒星表面向外喷射出的有力气流)最终吹散了T星协的母星云,释放出了先前被束缚在一起的那些恒星。

银河系中,另一类容易观测的恒星集群被称为OB星协,这个名字来自其中的两种特别的恒星,即宇宙中最明亮且质量最大的O型和B型恒星。通常来说,OB星协所含恒星的数目大约是T星协的10倍,其中还有少量O型和B型恒星。猎户星云星团就是一个为人所熟知的例子:它位于约1500光年之外,由4颗大质量恒星和约2000颗低质量恒星组成,也包括了许多金牛T星。在银河系中,猎户星云星团是距离我们较近的区域里恒星密度最大的。 不愿消散的疏散星团

所有年轻的OB星协都有着类似的高密度,它们都由质量特别大的母星云形成。然而,尽管这些系统有着极强的引力,但较年老的OB星协中,恒星却不是逐渐分散的,而是高速地冲向宇宙空间。天文学家之所以知道这一点,是因为从同一个成熟OB星协的、间隔仅几十年的两张图像就能看出,恒星间的距离变远了。

这种快速扩散的原因之一是,这些恒星一开始就运动得很快。OB星协母星云的极端引力驱使着其中的恒星高速运动。年轻的OB星协里充满了高速运动的恒星,它们已经为母星云消散后逃出星团做好了准备。另外,在O型和B型恒星的短暂寿命中,它们会发出强烈的紫外辐射,把OB星协的母星云笼罩其中。和太阳一样,这些恒星也是由核聚变驱动,但它们燃烧得更迅猛。例如,一颗典型O型恒星的质量是太阳的30倍,而它耗尽燃料只需要几百万年的时间。

在这一自我牺牲的过程中,这些恒星会发出强烈的紫外辐射,后者会电离周围的气体――效果等同于点着了母星云。猎户星云星团中,尘埃和气体正是在这一电离作用下发光。随着母星云烧尽,引力就会减小。当大质量恒星最终“死去”,且母星云也消散时,该系统的引力就无法再束缚质量较小的高速恒星,它们会飞一般地扬长而去。

因此,T星协和OB星协最终都会解体。然而,银河系中,更为少见的第三类恒星集群却极其稳定。它们被称为疏散星团(相对于球状星团),拥有约1000颗普通恒星,可以持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失。

昴星团就是一个疏散星团。它的年龄为1.25亿年,其母星云在1.2亿多年前可能就已消散。在银河系的还有几十个年龄甚至更大的疏散星团。由1000颗恒星组成的疏散星团M67则形成于40亿年前。

就算是疏散星团也不是不朽的,因为鲜有比M67年龄更大的疏散星团。天文学家相信,最终,当它们与其他星云近距离交会时,星云的引力会撕开并瓦解这些系统。不过,疏散星团仍有一个令人头痛的问题。在过去几十年里,科学家基本上弄清楚了母星云消散是如何导致T星协和OB星协解体的,但是他们却无法回答,为什么疏散星团中的恒星能在母星云消散的情况下,仍维系在一起好几百万年。

一些天文学家相信,太阳就形成于一个拥挤的OB星协中,正是近距离的恒星对太阳周围气体和尘埃盘的扰动,塑造了我们的太阳系。而孕育了星团的星云也在星际介质和星系整体演化中扮演了重要角色。因此,要想弄清楚太阳系的诞生以及所有其他天体的过去和未来,关键线索可能就藏在星团之中。 科技史 昨天的科学报道

1963年4月

大陆漂移

1912年,阿尔弗雷德・魏格纳(Alfred Wegener)提出,各块大陆都是由一块超级大陆分裂而成的。他的想法一直没有多少人接受,但是新的证据却显示,这个理论是正确的。目前有两派观点争论得最为激烈:一派认为,地球在历史上向来是刚性的,有着固定的大洲和大洋盆地;另一派认为,地球稍具弹性,各块大陆在它的表面缓慢滑行,中途断裂、重组,乃至生长。虽然第一派观点的拥护者更多,但是人们对大陆漂移的兴趣也日渐浓厚。

(以上根据《科学美国人》中文版《环球科学》2013年第4期《经典回眸》) 新知科技改变生活

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