宇宙大爆炸后90亿~92亿年(恒星的诞生)
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恒星在星系中的形成并不是均匀地发生的,周围物质的条件会对收缩产生影响。像我们自己的星系的旋臂就是一个很好的例子。对任何旋涡星系的光学照片一眼看去就能发现,旋臂上的恒星趋向于蓝色,而核球处的则呈黄色。以宇宙标准来看,旋臂上的炽热大质量蓝星寿命是较短的,只能维持几千万年。这意味着无论我们在何处看到了蓝色恒星,就可以确定这片区域内的恒星是在相对较近的时期内形成的。所以可以得出结论,在旋涡星系中恒星的形成集中在旋臂上。
包括太阳在内的所有恒星都是在巨大的恒星孕育区内形成的,我们称之为星云,可看作是气体和尘埃的仓库。在星云之内,充满宇宙其他地方的强烈辐射被挡在外面,故而物质能够冷却到非常低的温度,而如何达到这点对于整个恒星形成过程是非常关键的。最初,冷却是由于氢分子能够向外辐射出能量,能量的流失冷却了云气,温度降了下来。其后这项工作由碳或氧原子更加高效地完成了。在这一气体区域中,由引力作用造成的收缩与粒子的随机运动相对抗,如果这些粒子运动很快,就可以克服引力带来的紧缩,这个气团就永远不会收缩到形成恒星的程度。对恒星生成区的现代观测表明,这是一个持续进行的过程,气团不断地形成和消散着。
不过请记住,粒子的速度由温度决定。温度越低,粒子运动得就越慢。如果气体能足够冷却,引力就会赢得这场较量,冷却的气体团会趋于收缩。
一旦收缩达到某一程度就不可能逆转,一个原恒星的核心就会形成。这样的核心包含大量的、天文学家称之为“尘埃”的小粒子。它们像沙粒一般大小,主要是碳和硅的化合物。正是这些尘埃使得对恒星形成的研究非常困难,尤其是在光学波段。因为可见光几乎完全被尘埃所阻挡。对于稍热的尘埃区域,红外观测非常有用。但是,在恒星形成的早期阶段,温度可能低至10K,这时甚至红外波也无能为力。要观测这种宇宙间最冷的地方,我们必须转到亚毫米波。
星云内的温度是如此之低,以至气体凝固在尘埃上。气体主要是氢,也有简单的化合物,例如一氧化碳。每类分子都形成一个冰层。不过最近的研究表明这种层次结构可能过于简化了,冰是由不同分子混合而成。
气体在很低的温度下运动很慢,再加上难以想象的低密度,分子之间的碰撞相当稀少,即便发生,能量也很低。值得注意的是,天文学家所称的“比较致密的云团”,若是在地球上的实验室中我们会认为那是极好的真空。所以,相对只有很少的化学反应发生。
而当分子凝结在尘埃颗粒的表面后,情况就大不相同。分子被紧靠在一起,而且有人猜测分子或原子(特别是像氢一样的轻原子)可能会自然而然地沿着颗粒表面四处移动。这样当分子相遇时,化学反应就会迅速发生。所以包含十个甚至更多原子的相当复杂的分子就可以构成。但所有这些对天文学家而言是不可见的。这个过程很重要,因为这意味着复杂分子的产生是恒星形成过程的自然结果,而当行星从剩余的残块中产生时,这些物质已经存在了。
与此同时,收缩还在继续,中央核心的温度也持续地升高。这一阶段,气团的尺度有几个光日,是我们太阳系大小的几十倍。最后,密度大到氢原子能够以足够的能量碰撞生成氦,在相对黑暗的气团块的深处,恒星已经点亮。不过这时还无法看见它,因为被四周的尘埃遮蔽着。
这种情况一发生,周围的气体尘埃团块就迅速被加热,变成了我们所称的“热核心”。这有些名不副实,所谓的热不过是300K,就像在9月份Selsey地区(作者帕特里克位于英格兰南部西苏塞克斯的家)的温度。不过冰已经溶化,并将新形成的化合物释放到气体中。在那里形成了复杂分子的混合浆液,这能够被对亚毫米波敏感的望远镜探测到。这一阶段持续不超过1万年,以宇宙的标准看仅是一瞬间。
相关参考
到这时恒星已经停止收缩,进入所谓主星序上的稳定的中年阶段。换句话说,核心的反应可以提供足够的能量抗衡引力向内的拉力,支撑恒星的外层。恒星被炽热气体的压力(或者推力,如果愿意这么叫的话)和核心产生的辐射
即便最冷的棕矮星也和一颗行星有本质的区别。一颗真正的恒星的质量必须至少为太阳的8%,即木星质量的75倍。低于此值则无法引发核反应,因为核心的温度不够高。由于棕矮星如此暗淡不易发现,因此直到1995年才
最不可能的事就是我们的太阳系是独特的,但它确实是相当不平常。所以让我们再仔细地考察一下。除了行星和小行星大小的天体,还有被称作“脏雪球”的彗星。彗星真正实在的部分是它的核,由混有碎砾的冰雪构成。当彗星
围绕着原始太阳,剩余物质形成扁平旋转的圆盘。物质变成扁平形状的事实解释了为什么行星的轨道倾角如此地接近。相对于地球轨道,水星的倾角仅为7度,而所有其他大行星的倾角均小于4度。这也解释了为什么行星在轨道
年轻的星系中储备有大量的气体和尘埃,可以转变成恒星。这些星系的光芒主要发自明亮年轻的蓝色恒星,看上去和我们的星系——一个非常正常的旋涡星系很相似。在讨论其他星系之前,有必要详细地了解一下银河系。我们知
我们到达了宇宙演化史上出现能够实际看到的分立天体的时间点。甚至在最早的恒星出现之前,物质收缩形成星系的过程就已经开始。哈勃太空望远镜的深空图像揭示出大爆炸后7亿年时的星系景象——它们看上去与在我们附近
在这些星系的中心,甚至在很早的阶段就存在着数百万太阳质量的超大质量黑洞。就像我们前面提到过的,它们可能直接由坍缩的气体形成,也可能是大质量恒星的残余又吸附了大量的额外物质而形成的。无论如何,这一尺寸的
根据最新的估计,可视宇宙——即我们可以看到的所有的东西:星系,恒星,行星等——仅占宇宙中能量的4%,另有23%是以暗物质的形式存在。而剩余的73%要归于所谓的“暗能量”。 直到宇宙史上的这个阶段——
大约在46亿年前,地球诞生了,此时它处于熔融状态。在它的表面还没冷却下来的时候,发生了一件猛烈的事件,月球因之而生。目前被广泛接受的理论认为,这是源起于一次超级大碰撞:一个大小很可能与火星相似的星体和
和太阳也会变老一样,遍布于宇宙中的年老恒星也会衰亡,新的恒星将诞生。星系也是在演化和运动中的。我们的本星系群只包含3个主要的大星系,仙女座旋涡星系、三角座旋涡星系和银河系。其中仙女座星系最大,三角座星