天上的星星是从哪里来的?它们是由什么东西组成,又是怎样形成的?英国天文学家曾经这样形容这个问题,他说:“想了解恒星起源和演化的天文学家,就像在森林中的一个人,他仅在森林中呆上一小时便想推测出一棵树木整个一生的历史。”的确,人类的全部文明史才不过数千年,比起恒星漫长的生命史只不过是短暂的一瞬间。不过近百年来,由于科学技术的迅猛发展,经过几代天文学家的刻苦钻研,基本弄清了恒星是怎样起源的。
恒星是引力收缩形成的
早在1692年,英国科学家牛顿就提出一个猜想,天上的星星是由充斥在宇宙空间中的弥漫稀薄物质通过引力收缩过程而形成。限于当时的科学水平,牛顿的这一推测并未得到深入的研究和证实。直到1901年,英国数学家和天文学家金斯(1877~1946年)才对牛顿的猜想做了深入的科学论证。金斯是当时著名的科学家,他才学出众,在剑桥大学数学班上名列第二。金斯把数学应用到天文学上取得了丰硕的成果,他证明质量很大的均匀气体——星云,发生某种扰动会导致引力收缩。
猎户座大星云
后来的研究表明,如果气体星云的温度很低,星云可以分裂成许多碎块。每一碎块继续收缩。引力收缩释放的热能使星云碎块内部温度上升,逐渐形成一个星的胚胎,这是一种靠引力收缩而不断变热的天体。恒星胚胎进一步收缩,温度上升到3000K,内部压力增大,内部压力基本与引力相抗衡,于是引力收缩,变慢。处于慢引力收缩阶段的天体叫原恒星,它发出很强的红外光,缓慢收缩使温度继续上升。当内部温度达到800000K时,内部的氘、锂、铍和硼等原子核以及氢原子核(质子)发生核反应,生成氦原子核。当温度达到7000000K时,内部开始发生氢原子核聚变为氦原子核的热核反应,使表面温度很高,发出可见光,这时,引力收缩停止,一颗恒星便形成。把靠内部氢核聚变产生能量的星叫作主序星。像太阳这样的一颗恒星,从引力收缩到成为主序星,大约需几千万年。
如何验证恒星的形成过程?
天文学家得出的恒星形成过程是否正确呢?这需要进一步用观测事实验证。
上世纪40年代,出生于荷兰的美国天文学家博克(1 906~1 983年)发现,在一些明亮的星云 (如人马座M8星云、蛇夫座鹰状星云) 背景前看到很小、致密的暗星云,由于呈球形,所以叫做球状体。球状体的直径大约为0.0014~0.14光年,质量估计为0.1~100太阳质量。这些球状体并不是到处都有,均匀分布,而是出现在一些亮星云的边缘,在那里,气体和尘埃受到星云向外膨胀的压力以及星云内部高温恒星的辐射压力,于是,气体和尘埃发生引力收缩,形成球形小星云,因此,球状体可能是正在进行引力收缩并将形成恒星的天体。
上世纪50年代初,美国天文学家赫比格和墨西哥天文学家阿罗分别发现了一种半云半星的天体,叫赫比格-阿罗天体,简称HH天体。研究表明,它们是受到附近某种天体发出的激波加热的星云。而它们常跟红外源在一起,因此可以断定这些红外源是正在形成过程中的恒星。最有趣的证据是在猎户座大星云中的发现。1965年,天文学家贝克林和诺伊吉保尔发现,在猎户座大星云后面的分子云中有一个角直径小于2英寸的点状红外源,叫做贝克林-诺伊吉保尔天体,简称BN天体,它的直径不到0.0005光年。还发现另外几个红外源,它们共同组成一个红外星团,红外星团的存在也说明恒星的形成是成批地进行的。猎户座星云中有大量弥漫物质,提供了形成恒星的原料,在那里还发现许多诞生不久的恒星。在星云中的分子云中又发现介于两者之间的BN天体等红外源,它们是一些原恒星。因此,人们把猎户座大星云称为恒星的产房。
上面所描述的恒星诞生过程是许多天文学家多年来研究的成果,是利用大量已经掌握的物理学规律和数学知识,运用高速电子计算机计算出来的。计算出来的结果得到观测的证实,这使人们确信,我们已经正确地解开了恒星起源之谜。