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暗物质构筑物理学天文学新框架133-恒星生成触发条件

已有 682 次阅读 2023-4-7 20:11 |个人分类:暗物质构筑物理学天文学新框架|系统分类:科研笔记

恒星生成触发条件

随着计算机性能提高、数值计算技术发展以及数以百万计的恒星观察记录,在推测恒星形成初始机制方面、恒星形成的物理、化学环境方面以及在宇宙的历史中恒星群的位置及出现时间方面都有了较大的进展。

在最简单的假想环境中,拥有一些可见物质的恒星是独立于其它恒星而独立形成的。这种类型的恒星形成包括两个阶段:首先是在一个主要由氢分子组成的星云中形成一个有边界的引力核,然后该引力核在自身引力作用下发生崩溃。在这一部分里,最有意思的一点是,如何在引力核的崩溃过程中克服气体紊流及磁场作用的影响,星云形成一个原恒星。还有一些人认为恒星是成群形成的,而不是单个独立形成的。若这种情况成立的话,当讨论一颗恒星的形成环境时,就要考虑到来自其周围其它星体物质的气流以及冲击波的影响。最早的恒星就是在相当紊乱的、相互影响的环境中形成的。不管恒星的年龄及周围环境如何,它们都有着类似的初始质量方程。这种一致性真是出乎意料,它表明所有的恒星有着类似的形成机制。

恒星的形成是天体物理学领域中最为基础性的问题,因为它是解答其它许多问题所必须首先解决的问题。

所有的恒星有着类似的形成机制,且均需要一定的触发条件,出发条件包括2个:

1、星云内部有足够大的星体或星体集合提供引力核。

足够大的星体或星体集合作为引力核出现在星云内部,质量较小,无法形成塌缩。然而仅仅有足够的质量也不足以形成恒星,一旦吸积开始,如果大量星云物质垂直或接近垂直坠入引力核,先被吸积的物质持续加速,速度越来越快,后离得较远的物质没有得到充分加速或还没有加速运动的时候,物质已经形成较大的中断间距,致使整个吸积过程无法持续,这样就可能形成一个失败的恒星——褐矮星,或者形成一颗恒星。

2、引力核具有足够高的旋转速度。

引力核高速旋转具有重要作用,较高的旋转速度,使星云物质更充分地加速,使星云物质被加速过程漫长持久,使引力核的吸积过程漫长而持久,这样才能形成一颗真正的恒星。

由于不同的转动,落入星体的过程被极大程度延长,外围星云物质不断随着内部转动星云物质开始加速转动起来。

一旦吸积过程足够长,由于转动惯量守恒,一旦落入星体,将进一步加速星体的转动速度。进而促进吸积过程持续。

所有的恒星有着类似的形成机制,且均需要一个触发条件,即具有一定质量和旋转速度的星体,或若干个星体的集合。当这个星体在星云内部,由于万有引力作用不断向该星体密集;另外,由于该星体高速旋转,会使周围星云的各种物质不断向该星体靠拢,并不断塌陷,形成恒星。这一物理过程涉及到了某一包含有不规则磁场的部分离子化媒介的紊乱行为。当前核心的争论主要围绕着紊乱开始消退的时间,以及磁场和紊流所起到的作用的重要程度。诸如毫米波照相机等新的技术进步,使观察星体的温度及密度分布成为可能,并可以统计分析在自身引力作用下正在崩溃及处于崩溃边缘的天体的寿命。恒星在任何类型及处于任何演化阶段的星系中都是普遍存在的。同时,恒星在非常广泛的环境中形成,从接近巨型的分子星云到存在于处于聚合状态的星系中的超巨型分子星云。在星系中那些有代表性的恒星都是作为恒星群中的一员而形成的,这就表明恒星的形成是发生在恒星群内部的事情,而不是一个个孤立的现象。

恒星依据质量,寿命范围从质量最大的恒星只有几百万年,到质量最小的恒星的寿命达数兆亿年。所有的恒星都从星云或分子云的气体和尘埃坍缩中诞生。在几百万年的过程中,原恒星达到平衡的状态,安顿下来成为主序星。恒星大部分的生命期都处于以核聚变产生能量的状态。最初,主序星在核心将氢融合成氦来产生能量,然后,氦原子核在核心中占了优势。像太阳这样的恒星会从核心开始以一层一层的球壳将氢融合成氦。这个过程会使恒星的大小逐渐增加,通过次巨星的阶段,直到进入红巨星的状态。质量不少于太阳一半的恒星也可以经由将核心的氢融合成氦来产生能量,质量更重的恒星可以依序以同心圆产生质量更重的元素。像太阳这样的恒星用尽了核心的燃料之后,其核心会坍缩成为致密的白矮星,并且外层会被驱离成为行星状星云。质量大约是太阳的10倍或更重的恒星,在它缺乏活力的铁核坍缩成为密度非常高的中子星或黑洞时会爆炸成为超新星。恒星模型认为它们在耗尽核心的氢燃料前会逐渐变亮和变热,然后成为低质量的白矮星。恒星的变化非常缓慢,甚至数个世纪之久也检测不出任何变化,所以单独观察一颗恒星无法研究恒星如何演化。因此,天文物理学家采用其它替代方法,例如观察许多在不同生命阶段的恒星,并且使用电脑模拟来推断恒星结构。

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