恒星的物質(zhì)來源于星云。每一個(gè)星云都是恒星的搖籃，其中孕育著數(shù)百萬顆恒星。星云中重要的物質(zhì)不是那些燦爛的氣體云，而是其中較暗的部分，包含很多塵埃云。恒星的形成就發(fā)生在這些塵埃云中。這些塵埃云密度很大，因此一般情況下，我們很難用一般的望遠(yuǎn)鏡觀測到內(nèi)部的一些過程。關(guān)于恒星是如何形成的這一問題成為了天文學(xué)中的一個(gè)謎。

截止2019年底，對(duì)于小質(zhì)量以及中等質(zhì)量恒星的形成過程已經(jīng)很清楚，但是對(duì)于大質(zhì)量恒星的形成過程依然有著很大的爭論。

中文名

恒星形成

外文名

the formation of star

物質(zhì)來源

星云

基本條件

氫氣、引力和漫長的時(shí)間

反應(yīng)

核聚變

別名

恒星誕生

形成階段

彌散云-致密云核-星前云核-原恒星-主序星（或矮星、行星）

基本簡介

由于恒星誕生于分子云中的致密區(qū)域，只能利用可見光以外波長的觀測。1997年的2微米全天巡天（The two Micro All Sky Survey；2MASS??）是最早的大尺度近紅外巡天觀測，揭示了近紅外的宇宙圖像。然而即使是紅外觀測，實(shí)際上也遭遇了困難，大氣層在20微米到850微米幾乎是完全不透明的，只有在200微米和450微米有狹窄的窗口。在這范圍之外必須使用消光技術(shù)觀測。比較著名的消光觀測有數(shù)字巡天觀測（Digitized Sky Survey I；DSS)和斯隆數(shù)字巡天觀測（The Sloan Digital Sky Survey; SDSS）。

除了近紅外消光之外，塵埃連續(xù)譜輻射和分子轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷輻射也可以直接探測分子云內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，尤其是分子躍遷輻射光譜，可以精確的測得分子云的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（引力塌縮，外向流等）。銀河系內(nèi)的分子云動(dòng)力學(xué)圖景可以參考哥倫比亞大學(xué)的CO分子巡天。

2004年，美國宇航局發(fā)射了斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡（Spitzer Space Telescope）。這是一座紅外望遠(yuǎn)鏡，由于紅外線可以穿透厚厚的塵埃，因此斯皮策的作用就是通過觀測星云熱量散發(fā)的紅外線觀測星云內(nèi)部新恒星的形成。這樣一來，我們就可以大致描繪出恒星的形成過程，從而進(jìn)一步解開這個(gè)謎。

斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡

恒星形成區(qū)

在產(chǎn)生恒星的稠密星云中，大部分氫以分子的形式存在，因此這些星云被稱為分子云。觀測表明，最冷的分子云傾向于形成低質(zhì)量恒星，首先在云層內(nèi)部的紅外線中觀察到，然后在云層消散時(shí)在其表面的可見光中觀察到，而通常較溫暖的巨型分子云產(chǎn)生各種質(zhì)量的恒星。這些巨型分子云的典型密度為每立方厘米100個(gè)粒子，直徑為100光年，質(zhì)量高達(dá)600萬個(gè)太陽質(zhì)量，平均內(nèi)部溫度為10K。

分子云的質(zhì)量占銀河系總質(zhì)量的一半。在銀河系中，估計(jì)有6000個(gè)分子云，每個(gè)分子云的質(zhì)量都超過100000太陽質(zhì)量。離太陽最近的一個(gè)正在形成大質(zhì)量恒星的星云是獵戶座星云，距離太陽1300光年，低質(zhì)量恒星的形成大約發(fā)生在400-450光年遠(yuǎn)的ρ Ophiuchi云系中。

恒星形成的一個(gè)更緊密的地方是由致密氣體和塵埃組成的不透明云（暗云），稱為博克球狀體，以天文學(xué)家巴特博克的名字命名。這些云可以與坍塌的分子云聯(lián)合形成，也可以獨(dú)立形成。博克球狀體的直徑通常可達(dá)一光年，質(zhì)量為幾個(gè)太陽質(zhì)量。它們與明亮的星云或背景恒星形成對(duì)比容易被觀測到。超過一半的已知博克球狀體被發(fā)現(xiàn)含有新形成的恒星。

大質(zhì)量恒星（大于8個(gè)太陽質(zhì)量）形成原恒星后會(huì)具有很強(qiáng)的紫外輻射，這些輻射出來的紫外光子會(huì)電離星周物質(zhì)（光致離解）。由于分子云中大部分是氫原子和氫分子，所以這片電離的區(qū)域又被叫做電離氫區(qū)。

形成過程

星云

產(chǎn)生恒星的基本條件是氫氣、引力和漫長的時(shí)間。起初，星云中的一小塊氫氣受熱后開始升溫，進(jìn)而引起星云中的其他物質(zhì)開始發(fā)熱、升溫并發(fā)光。塵埃和氣體在萬有引力的作用下開始聚集，形成巨大的漩渦。在聚集并壓縮體積的過程中，由于外界對(duì)其做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，被壓縮的氣體溫度會(huì)升高。

經(jīng)過數(shù)十萬年，星云的密度會(huì)不斷增大，并會(huì)形成盤狀漩渦，直徑超過太陽系。而位于中心的氣體，在重力的不斷擠壓下，形成具有超高密度和溫度的球體。隨著壓力不斷增大，由于旋渦物質(zhì)具有的角動(dòng)量，導(dǎo)致巨大的氣柱從中心噴射而出，噴射氣柱直徑達(dá)幾光年，它可以使物質(zhì)加速，穿越無法想象的距離。而核心的部分，就是年輕的恒星。

引力作用持續(xù)而強(qiáng)烈，氣體和灰塵顆粒被不斷吸入，并相互擠壓，產(chǎn)生了越來越多的熱量。

噴射氣柱

未來幾十萬年的時(shí)間里，年輕的恒星經(jīng)擠壓將變得更亮更熱，溫度會(huì)達(dá)到1500萬攝氏度。一些氣體原子在高溫下會(huì)發(fā)生聚變而釋放出更大的能量，經(jīng)過這些聚變反應(yīng)，產(chǎn)物會(huì)通過相互作用與氣體、塵埃等形成更加清晰的球體，一顆恒星就這樣誕生了。

在今后的數(shù)萬、數(shù)億、甚至數(shù)萬億年，它會(huì)一直發(fā)光，釋放能量。太陽就是這樣一顆數(shù)十億年源源不斷地為我們地球乃至整個(gè)太陽系提供光和熱的一顆普通、但對(duì)我們及其重要的一顆恒星。

形成原因

根據(jù)恒星質(zhì)量不同，它的形成機(jī)制也有些微不同。低質(zhì)量恒星形成的理論得到了觀測的有力支持，即低質(zhì)量恒星是由分子云中旋轉(zhuǎn)密度增加的引力坍縮形成的。由氣體和塵埃組成的旋轉(zhuǎn)云的塌縮導(dǎo)致吸積盤的形成，物質(zhì)通過吸積盤被引導(dǎo)到中心原恒星上。為了維持角動(dòng)量守恒，原恒星上垂直盤的軸的兩極會(huì)有物質(zhì)外流。對(duì)于大質(zhì)量恒星的形成機(jī)制還不了解。

大質(zhì)量恒星釋放出大量的輻射，這些輻射會(huì)對(duì)正在形成的物質(zhì)產(chǎn)生反作用力。過去，人們認(rèn)為這種輻射壓力可能足夠大，足以阻止大質(zhì)量原恒星的吸積，并阻止質(zhì)量超過幾十個(gè)太陽質(zhì)量的恒星的形成。最近的理論研究表明，噴流和外流的產(chǎn)生清除了一個(gè)空腔，大質(zhì)量原恒星的大部分輻射可以通過這個(gè)空腔逸出，而不妨礙通過圓盤和原恒星的吸積。大質(zhì)量恒星可能因此能夠通過一種類似于低質(zhì)量恒星形成機(jī)制的機(jī)制形成。越來越多的證據(jù)表明，至少一些大質(zhì)量的原恒星確實(shí)被吸積盤所包圍。其他一些關(guān)于大質(zhì)量恒星形成的理論仍有待于觀測檢驗(yàn)。其中，也許最突出的是競爭吸積理論，它表明大質(zhì)量的原恒星是由低質(zhì)量的原恒星“播種”的，這些原恒星與其他原恒星競爭，從整個(gè)母體分子云中吸積物質(zhì)，而不是僅僅從一個(gè)小的局部區(qū)域。