第十章
恒星的早期
恒星的早期,是由星際氣體雲聚集成星的階段。
恒星由星際氣體雲形成的觀念,在康德-拉普拉斯關於太陽係由星雲形成的學說產生以後,就自然而然地出現了,因為太陽也是一個恒星。
恒星是否由星雲形成,首先要弄清兩個問題:第一,宇宙空間是否存在足夠多的大質量的星際雲;第二,星際雲能不能收縮成為恒星,以及怎樣收縮成為恒星。
這兩個問題不難解決。首先,的確在宇宙空間到處充滿著彌漫的星際物質,而且觀測到大量的星際雲存在。觀測到的星雲有亮星雲和暗星雲兩種:亮星雲是附近恒星照亮或者激發而發光的;附近沒有亮星的星雲就表現為暗星雲。彌漫星雲的質量一般是太陽的10倍左右。
另千方麵,根據理論推算,星雲的密度超過一定的限度,就要在引力作用下收縮。這個限度很重要,並不是所有的星雲聚集成恒星,隻有密度足夠大的星雲才會收縮成星。
星雲像恒星一樣,圍繞銀河係中心旋轉。當它通過銀河係時,旋臂中的激波使它受到強烈的壓縮,密度增大,突破上麵所說的這個極限,就發生引力收縮,於是,恒星的形成開始了。
收縮過程主要是引力作用。在引力作用下,星雲體積變小,漸漸聚集成團,內部的壓力和溫度也相應地升高。
這一段時間中,引力占絕對優勢,收縮很快,大約隻要幾百萬年,所以叫做陝收縮階段。
因為星際雲的主要成分是氫,所以在星雲開始收縮的,時候,表現為氫原子雲;隨著溫度逐漸升高,氫原子開始電離,漸漸變成氫離子雲;再進一步收縮,在引力作用下,星雲的形狀趨向於球狀,這時,似星非星,似雲非雲;當溫度升高到幾百度時,開始發出紅外線輻射;就是波長比紅光長的電磁濃輻射,成為紅外源。
事實上,在天空中的確觀測到了氫原子雲、氫離子雲、球狀體、緲,星,這正是由星雲轉化為星的快收縮階段中的過渡天體。
再進一步收縮,紅外星溫度達到2000~3000度,內部的壓力增大,接近於和引力相抗衡,收縮就變慢了,於是開始了一個慢收縮階段。
慢收縮初期,星體表麵溫度達到2000~3000度,輻射已經比較強,但是主要輻射仍在紅外波段,在可見光區的輻射是暗弱的。
由於壓力和引力接近平衡,內部又有強烈的對流,隨著收縮,自轉加快,磁場加強,因而星體處在複雜的矛盾中,發生各種強烈的變動。我們觀測到的金牛座T型變星就是處於這種階段韻天體,它的紅外線很強,亮度呈不規則變化,而且往往和星雲伴隨在一起。
慢收縮後期,星體內心溫度已經相當高了。當它達到80萬度以上的時候,內部開始出現一些熱核反應,成為引力能以外的另一種能源。不過這些反應不是循環性的,很快就反應完了,隻能在短時期提供能量。
這一時期星體已經在赫羅圖中出現。日本天文學家林忠四郎精辟研究了這一時期星體在赫羅圖中的演化途徑,所以也把這一階段叫做林氏階段。原恒星開始出現在赫羅圖的右上方,在收縮中,有一段時間表麵溫度維持不變,由於體積縮小,亮度反而減暗,於是在圖中由上向下行,後來內部溫度增加到相當高,傳到表麵,表麵溫度升高,於是在赫羅圖上開始向右拐。
像太陽這樣的恒星,這一階段大約需要幾千萬年。質量越大,收縮越快,比太陽大幾十倍的星就隻要幾千年;如果質量隻有太陽的幾分之一,那就要經曆10多億年。不同質量的星在赫羅圖上的路徑也是不同的。
當內部溫度升高到1000萬度左右時,氫核聚變為氦核的反應就接連不斷地發生,恒星的早期便宜告結束了,進入了一個新的階段。
恒星的中期
恒星中心溫度達到千萬度級,氫核聚變反應開始,核反應成為主要能源,恒星演化就進入了一個新的時期,這個時期是一個相對平衡期。
由於核反應產生巨大的能量,恒星內部壓力增高到足以和引力相抗衡,使恒星不再收縮,因此運動狀態基本平衡。