星星是如何形成的？6个步骤可产生太阳系，但还有1个谜团未解开

序言

在这篇文章中，我们将解释规则类太阳恒星的恒星形成过程。

恒星是由气体和尘埃堆积而成，这些气体和尘埃在重力作用下坍塌并开始形成恒星。恒星形成的过程从最初的气体云开始坍塌到恒星被创造出来并像太阳一样闪耀，大约需要一百万年的时间。

恒星诞生时遗留下来的物质被用来创建围绕中心恒星运行的行星和其他物体。观测恒星形成很困难，因为尘埃对可见光是不透明的。

然而，使用无线电波观察这些黑暗的恒星苗圃是可能的，因为无线电波可以自由地传播到我们和我们的射电望远镜。

图1 恒星演化

恒星，就像我们的太阳一样，并不总是在我们身边。恒星在数百万年甚至数十亿年的时间里诞生和消亡。当星系中的尘埃和气体区域由于重力而坍塌时，恒星就形成了。没有这些尘埃和气体，恒星就不会形成。

如灰尘般众多的群星

一个星系不仅包含数十亿颗恒星，还包含大量气体和尘埃。银河系中的这些气体和尘埃区域位于恒星之间的空间。

如果银河系是一条街，房子就是星星，气体和尘埃的区域就是房子之间的花园。

星系中恒星之间的空间被称为星际介质银河系内部的整个空间，在那里没有恒星，而是有大量的气体和尘埃，因为它是构成恒星物体之间空间的介质或物质。

气体和尘埃的区域被称为分子云，这是一种充满气体和尘埃的大空间云。由于分子云的含量，在星际介质中可以发现分子云。分子云是由原子、分子和尘埃混合而成的。

图2 恒星生成过程

原子是我们周围所有物质的小积木。分子由连接在一起的两个或多个原子组成。分子云中存在的分子通常是氢分子H2，但也可以是更复杂的分子，如由6个原子组成的甲醇或由3个原子组成的水。

尘埃颗粒是更大的物质块，它们的大小可以达到几毫米，与原子或分子相比是巨大的。

星际介质中的分子云很大。

事实上，单个分子云的重量可能是太阳的几十万倍。它们的体积也各不相同：分子云的大小可以与我们整个太阳系相同，也可以是我们整个太阳系的数倍。这些巨大的分子云经历着湍流运动。

这意味着随着时间的推移，云中的气体和尘埃不会停留在同一位置。这些物质向四面八方移动，就像孩子们在学校操场上跑来跑去一样。气体和尘埃的这种湍流运动使原子和分子分布不均，因此分子云的某些区域将比其他区域含有更多的物质。

如果气体和尘埃在某个区域堆积到非常高的水平，该区域就会因为自身引力的作用而开始坍塌。这个区域比分子云小，生活在分子云内部。该地区“仅”有几百AU(AU天文单位，即地球到太阳的距离)，是地球到太阳距离的几百倍。

图3-恒星形成过程。该插图显示了类太阳恒星形成的六个步骤。这一过程从(A)开始，恒星之间空间(也称为星际介质，ISM)中的气体和尘埃坍塌成一个密集的气球，称为星前核心(B)，最终将成为太阳。在坍塌过程中，围绕核心形成一个圆盘(C)，同时在两极发射两股射流。在某一时刻，恒星停止生长，但气体仍然落在圆盘(D)上。几百万年后，这个过程也停止了。恒星现在诞生了(E)，而行星是由遗留下来的物质形成的，最终将成为一个太阳系(F)。太阳系通常在形成过程后存在100亿年。

坍塌的分子云

（1） 分子云非常冷，只比绝对零度高几度。这是可能的最低温度，也称为0°K，这是可能的最低温度(也称为0°K)。但是，当气体和尘埃开始在分子云内的某个区域坍塌时，它就会慢慢升温。这是一个物理定律的结果，它告诉我们，当物质被挤压在一起时，物质的密度会增加，物质会开始升温。

塌陷区域的外缘温度将高于绝对零度10°左右(也称为10°K)，而内部区域将缓慢升温至300°K左右，这是室温附近的温度。

（2） 当塌陷区域的大小达到近10000 AU时，它被称为恒星前核心(图3B)，正式成为一颗正在形成的恒星。

“恒星”的意思是恒星，所以“恒星前”的意思是“在成为恒星之前”。核心这个词指的是气体和尘埃，现在它们的密度如此之大，以至于术语核心比区域或云更精确。

图4 恒星的一生

此外，这颗恒星前的核心稍后将成为恒星的内部核心。

在接下来的5万年左右，恒星前的核心会收缩。这听起来可能是很长的时间，但从天文时间尺度来看，这被认为是一个相当快的过程，例如，与宇宙的年龄相比，宇宙的年龄几乎是140亿年。

（3） 核心收缩到大约1000 AU(图3C)。它仍然由相同的气体和尘埃组成，所以这意味着当直径缩小到塌陷区域原始大小的十分之一时，该物质的密度正在增加。

5万年后，该系统将在中央核心周围形成一个圆盘，多余的物质将从恒星的两极向外喷射。恒星上的极点类似于地球上的极点，也就是定义为恒星绕其旋转的轴。

在图1C中，你可以看到两个喷泉状的结构，多余的物质被喷出。这些结构被称为射流，它们遵守物理定律。

我们前面描述的气体和尘埃的随机运动，再加上星前核心形成时系统的收缩，将导致整个系统旋转。这一过程导致在恒星前核周围形成一个扁平的圆盘。

这类似于裙子在旋转的滑冰运动员周围形成一个扁平的圆盘。如果滑冰运动员没有旋转，她周围的衣服就不会是扁平的圆盘，而是沿着她的两侧悬挂。两极的射流上升以保持系统的平衡。

这个系统现在被称为原星，这意味着它正处于成为真正的恒星的第一个阶段。

图5 恒星形成就像一个马拉松过程

从恒星前核到恒星

这个圆盘对于原恒星成长为大小合适的恒星至关重要。圆盘主要由气体组成，气体随圆盘旋转，慢慢接近原星表面。当气体足够接近恒星时，由于重力，气体会落到恒星表面，恒星就会长大。

这个生长的过程被称为吸积一个物体积累另一个物体的质量的过程。在这个过程中，恒星被认为是从圆盘中共生(积累)的物质。

（4） 在接下来的1000年里，来自圆盘的物质要么被恒星吸积，要么从圆盘中排出(图3D)。这颗恒星在大小和密度上已经增长到足以让中心区域启动核反应，从而导致恒星像太阳一样发光。

至此，这颗星被称为T-Tauri星，这是该星第一次可以用肉眼观察到。

（5） 恒星最终停止从盘中吸积物质，但恒星周围的剩余物质仍呈盘状(图3E)。

圆盘不再用于向恒星提供物质以使恒星生长的目的。取而代之的是，圆盘现在只是一个圆形移动的材料平面，它们将慢慢开始聚集在一起，绕恒星运行。这些由恒星形成时遗留下来的物质制成的小团块将形成新的行星。

这意味着我们太阳系中的行星是由太阳诞生时遗留下来的物质构成的！

（6） 这也是为什么太阳系中的所有行星都在同一平面上的原因！当圆盘完全耗尽，所有的行星都形成时，最终的太阳系(图3F)就完成了。在接下来的100亿年里，这颗恒星将在其中心燃烧核燃料，并释放出我们称之为阳光的辐射能量。

图6 太阳系“来”之不易

观测分子云

承载和塑造新生恒星的分子云是夜空中的黑暗区域。人类不可能看到分子云--即使用望远镜也不行。我们看不到分子云的原因是，尘埃颗粒散布在云层上，它们吸收了周围恒星的光。

这阻止了星光穿过太空到达地球上的我们，这就是为什么分子云看起来像天空中的黑暗区域。

对天文学家来说幸运的是，分子云对无线电波是透明的。这意味着无线电波不会被云中的尘埃颗粒吸收，因此无线电波可以自由地传播到地球上的我们这里。肉眼看不到无线电波，但使用大型射电望远镜，就有可能从这些原本暗淡的分子云中获得信号。

这些无线电波携带有关暗分子云内容的信息。如果一颗恒星正在诞生，星云将发出不同的无线电波，这与没有恒星在其内部诞生时不同。无线电波的使用使天文学家能够看到恒星何时诞生，即使分子云是黑暗的。

而且，尽管今天的天文学家对像太阳这样的恒星是如何形成的知道很多，但实际上仍然有一个巨大的谜团有待解开。

图7 仍然有一个巨大的谜团有待解开

结语

当非常大的恒星形成时，巨大的谜团就出现了。

天文学家知道，质量约为太阳六倍的恒星是按照我们在这篇文章中描述的方式诞生的。

质量较大的恒星需要一个不同的过程，因为来自恒星辐射的压力将把圆盘推开，防止恒星增长到大约六倍于太阳的大小。天文学家见过这些大恒星，所以他们知道大恒星是存在的，而且一定是以某种方式诞生的。

但是，对于全世界的天文学家来说，它们是如何诞生的仍然是一个大问题。