第17章 天體之謎(3)(1 / 3)

但人們正在做著各種各樣的努力。在過去的幾年裏,計算機性能的提高、數值計算技術的發展,以及數以百萬計的恒星觀察記錄,使我們在推測恒星形成初始機製方麵、恒星形成的物理、化學環境方麵以及在宇宙的曆史中恒星群的位置及出現時間方麵都有了較大的進展。在最簡單的假想環境中,擁有一些發光物質的恒星是獨立於其他恒星,而獨自形成。托馬遜回顧了這種類型恒星形成過程中最初的兩個階段:首先是在一個主要由氫分子組成的星雲中形成一個有邊界的引力核,然後該引力核在自身引力作用下發生崩潰。在這一部分裏,最有意思的一點是,如何從引力核的崩潰過程中克服氣體紊流及磁場作用的影響,形成一個原恒星。最近羅伯特及其他一些科學家所做的一些模擬試驗表明,在分子星雲崩潰過程中所形成的宇宙中,第一個發光物體很可能是一顆非常龐大的恒星。

另一位科學家則回顧了以恒星群為方式的形成理論。許多專家認為恒星是成群形成的,而不是單個獨立形成的。若這種情況成立的話,當討論一顆恒星的形成環境時,我們就要考慮到來自其周圍其他星體物質的氣流以及衝擊波的影響。他認為最早的恒星就是在相當紊亂的、相互影響的環境中形成的。最近,天文學家們在合成初始質量方程中的數據時,對該理論進行了一些簡化處理。他們認為特定質量恒星的空間分布是在一個已經給定的空間範圍之內。卡特回顧了各種質量範圍內的恒星的初始質量方程。他分析的結果是:不管恒星的年齡及周圍環境如何,它們都有著類似的初始質量方程。這種一致性真是出乎意料,它表明所有的恒星有著類似的形成機製。恒星的形成是天體物理學領域中最為基礎性的問題,因為它是解答其他許多問題所必須知道的常識。這些問題包括恒星係的形成、太陽係的形成等問題。

這一物理過程涉及到了某一包含有不規則磁場的部分離子化媒介的紊亂行為。當前核心的爭論主要圍繞著紊亂開始消退的時間,以及磁場和紊流所起到的作用的重要程度。諸如毫米波照相機等新的技術進步使我們可以觀察星體的溫度及密度分布,並可以讓我們統計分析在自身引力作用下正在崩潰及處於崩潰邊緣的天體的壽命。同時,計算機計算能力的提高,使得我們可以使用包含磁場及紊流效應的更為複雜的模型。但現在任何一種模型都無法再現所有的觀察結果。

恒星關於宇宙中第一顆恒星的形成,天文學家們從一套完整的自協調三維流體力學模擬方程中得到了一個結果。在當前流行的形成結構模型中,大多數假想是這個樣子的:最初是暗物質為主,而伴隨著由於初始低密度物質紊流而產生的不穩定狀態的出現,形成了星係形成前的天體物質。由於這些天體物質是分級聚集而成,最初的氣體便通過氫分子鏈的振動而冷卻,並逐漸沉入暗物質勢阱的中心。我們對分子星雲的形成進行了一次高紅移模擬,當高密度的低溫核心氣體開始由於引力而自凝聚時,擁有100M(M為太陽的質量)左右大小的高密度核心能夠迅速收縮。在粒子數密度高於10M每立方厘米的地方,1M的原恒星核就能夠通過三體氫分子的形成而完全分子化。與以往分析預計的結果不同的是,這一過程並不產生新的分裂,而是隻形成一個恒星。而且,當光學深度效應很明顯時,計算就終止了,使得完全形成後的恒星的質量成為未知數。而在計算終止時,原恒星正處於物質增加非常迅速的時期(約每年102M)。

來自該恒星的輻射反饋不僅會終止該恒星的成長,而且還會抑止處於同一形成環境中其他恒星的形成。我們得到的結論是,在一個星係形成前的暈輪中最多隻會形成一個龐大(質量遠大於1M)的、無金屬的恒星,這與最近對貧金屬暈輪恒星的質量觀測結果相符。恒星係統形成的想象圖我們的宇宙中最早的恒星是怎樣形成以及什麼時候形成的呢?最近的一些計算研究正在為這一問題給出答案。據初始星雲核崩潰過程中恒星形成的三維計算分析結果,第一顆恒星形成於大爆炸後約一百萬年;每千個原子中隻有一個有幸參與到第一代的恒星中去。但若要計算後來發生的複雜的星際氣體動力狀態及反饋的話,將不得不建立更為複雜的係統,同時要麵臨更大的挑戰。恒星在任何類型及處於任何演化階段的星係中都是普遍存在的。同時,我們還發現恒星在非常廣泛的環境中形成,從接近巨型的分子星雲到存在於發生了星際爆發及處於聚合狀態的星係中的超巨型分子星雲。