恒星的誕生
藍色強光度恒星非常熱,它們的表麵溫度達35000度左右。因此它們發出的輻射能量非常大。它們的光量子能奪走星際物質中氫原子的電子,隻剩下帶正電的原子核也就是電離氫。強光度、大質量恒星使附近的氣體物質電離,電離氫原子捕獲電子時發出輻射,這樣所產生的亮光使我們銀河係中這些電離氫區引起人們的注意。它們的熱輻射也可以用射電天文儀器測出來。
射電觀測有個優點,就是不受吸光塵埃物質的影響。在天上,星際物質受強光度、大質量恒星激發而發光的最漂亮實例還得數獵戶座星雲。那裏有沒有和拉森的計算結果相關聯的對象?人們應該去尋找什麼?原恒星大部分時間被緩慢地落向它自身的塵埃外殼所遮蓋。外殼上的塵埃物質吸收來自核心的輻射而獲得能量,升溫幾百度,發出和這種溫度狀態相應的輻射。要找出這種熱輻射,人們應當致力於紅外波段的研究。
1967年,帕薩迪納市加利福尼亞理工學院的埃裏克·貝克林(Eric·Becklin)和格裏·諾伊格鮑爾(Gerry·Neugebauer)在獵戶座星雲中發現了一顆紅外星,它的本身光度約為太陽的1000倍,輻射溫度為700度。它的直徑也許有太陽直徑的1000倍左右,這可算得上是一顆原恒星的氣體塵埃外殼模樣了。近些年來人們愈來愈清楚地了解到,在銀河係中產生恒星的場所,不僅有紅外源而且還有射電波段致密輻射源。波恩的射電天文學家彼得·梅茨格爾(Peter·Mezger)和他的合作研究人員就曾在獵戶星雲中發現一批氫元素高度密集的區域。這些區域在發出特強的射電輻射,其中每立方厘米所包含的由氫原子中脫離出來的自由電子數比附近的一般獵戶星雲物質大致要多百倍。這種天體比起整個獵戶星雲來是非常微小的,據估計,其大小約相當於太陽直徑的50萬倍,也就是大約為拉森模型中落向核心的雲團大小的1/4。
人們在獵戶星雲區還發現了直徑很小的、發出分子輻射,特別是水分子輻射的天體。這些分子的輻射處在射電波段,可以用射電望遠鏡觀測到。它們也都處在很小的空間範圍中,甚至隻有太陽直徑的1000倍。值得注意的是,拉森雲團的初始直徑有太陽半徑的幾百萬倍!分子的射電輻射應該是來自核心區域。
不過,在解釋這個問題時還應該認真謹慎。能夠確定的是,人們在獵戶星雲區觀測到了由高度密集的氣體和塵埃所構成的天體,盡管它們在可見光波段並不引人注目,但其情況正好和拉森雲團所應有的一樣。
不過,還有其他的論據支持這種密集物質射電源兼紅外源就是原恒星的想法。有一個以奧地利天文學家維爾納·恰努特為主的小組,改進了方法,重複了拉森的計算。這些學者還計算了紅外波段中輻射強度隨波長的分布,所得結果和觀測相符,人們似乎真的觀測到了計算機所模擬的原恒星。
既然我們對恒星起源的推測勝利在望,人們會問,是不是銀河係中千億恒星的起源全都可以這樣來解釋。概括地畫出我們這個恒星係統的結構,銀河係圓盤並不包括一切恒星。最老的恒星散布在一個幾乎是球狀的空間範圍裏,叫做銀暈。由其中的球狀星團的赫羅圖可以推知銀暈恒星已屆老年,它們的化學成分比起太陽來,重於氦的元素含量較少,往往還不及太陽的1/10。比較年輕的恒星全都位於銀河係圓盤即銀盤中,它們的物質包含重元素較多。重於氦的元素,即使在銀盤恒星中也隻占極少的百分比,然而它卻為我們探明銀河係的演變史提供了重要的線索。氫和氦從宇宙之始就已經存在,在某種意義上可以說是“上帝安排的”,重元素則肯定是後來在恒星中以及超新星爆發過程中產生的。可見銀暈恒星和銀盤恒星的化學成分差異和恒星中的核反應情況有關。
在銀河係剛形成之時或其後不久,銀暈恒星便由幾乎不包含重元素的物質中誕生出來。其中的大質量星演化得最快,它們所產生的超新星使星際氣體沾染了重元素。可是這一代恒星中的小質量星卻演化得非常緩慢,以至它們的外層物質(以及它們之中的大多數星的中心區域)當前仍不包含重元素。
在銀暈恒星已經形成,其中質量較大的已經爆炸後,新一代恒星又從新增重元素的星際氣體中產生出來。這些恒星誕生在銀暈恒星之後,相對年輕,而它們的外層物質比銀暈恒星的大氣所包含重元素的比例要高,這就是為什麼銀河係中老一代恒星包含重元素比年輕一代恒星要少的原因。最新一代恒星的外層重元素含量最高,這是因為孕育它們的星際物質在銀河係的演變史中經曆了所有各代恒星所造成的沾染。
銀河係的演變史
銀河係是怎樣誕生的,我們還不知道。在宇宙初期就產生並向各方飛散的物質中,一定是在某個時候形成了一個質量約為太陽的千億倍的分立雲團,而且後來密度變得更大。這團由湍動物質逐步成形的氣體和一切物質一樣,同時也產生了自轉運動。它慢慢坍縮,密度變大到足以產生一批次級雲團,而後者又分裂成更小的、密度繼續增高的許多氣體雲。最早的恒星誕生了,它們隻包含氫和氦,以質子—質子反應進行氫聚變。但是要不了多久,其中質量最大的那些恒星的核燃料就會耗盡,成為超新星而爆散,大量氣體物質中從此新添了比氦更重的元素。因為這一切都發生在整個原始銀河係雲團還幾乎是球形的時期,所以銀河係中最老的恒星和極老的星團都處在銀暈中。早在銀河係呈現圓盤形以前,遠在太陽誕生以前,銀暈恒星就已出世了。重元素在這些星中還隻是相當稀少的雜質。