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出品：科普中國

作者: 馬應秀 蔣晨峰（中國科學院新疆天文臺）

監(jiān)制：中國科普博覽

經(jīng)常聽見有人會說，宇宙真浪漫啊，天文學家真浪漫啊。其實，每一次對星空的凝望，也是在尋找自己的起源，我們的故事就是宇宙的故事。今天，就來聊一聊關于恒星的那些事兒。

恒星不恒——恒星也有生命周期

仰望星空，那一閃一閃眨著眼睛的星星都是恒星。之所以將其起名為恒星，是因為人們看到的它好像是恒定不變的，這些星星好像不會消失，也不會變大變小或變亮變暗。而事實上，恒星也有自己的生命周期，包括胚胎期、幼兒期、青年期、壯年期和老年期，當然，最后也擺脫不了死亡。

既然恒星存在著生命周期，為什么我們眼睛看不到恒星的這些變化呢？這是因為一般恒星的壽命在百萬年到百億年。和人的壽命（百年）相比，我們看到的僅僅是恒星一生中的一瞬間而已。

圖1 星空

（圖片來源：Veer圖庫）

備受關注的“出生”——恒星是如何形成的？

深邃的夜空總是自帶神秘，除了肉眼可見的星星以外，是否還隱藏著其他我們看不見的東西呢？答案是肯定的，很多漂亮的星云，處于胚胎期、幼兒期的恒星，是無法通過人眼看見的。因為早期恒星發(fā)出的光比較弱，而且被包裹在厚厚的分子云里，我們眼睛沒法直接看見它們。

然而，天文學家們卻對這些肉眼看不見的早期恒星倍感興趣，因為它不僅關系到恒星是如何誕生的，還關系到行星以及生命的形成。

通過紅外望遠鏡，可以看到包裹在分子云中的早期恒星，如圖2所示為斯皮策空間望遠鏡在紅外波段拍攝的分子云，很多發(fā)光的藍白色小點都是已經(jīng)誕生的恒星?？梢源_定的是，恒星誕生于分子云中。但分子云是如何“孕育”出早期恒星這一問題，到目前為止還沒有統(tǒng)一的答案。

這是因為在恒星的一生中，早期形成期很短，尤其是對于大質量恒星而言，這一階段的演化非?？?。此外，大質量恒星是在大的分子云稠密核中形成的，因此其周圍的分子包層比較厚，即便是使用紅外望遠鏡，也很難觀測到。

由于種種原因的存在，我們對大質量恒星的早期形成過程還不夠了解，因此，關于大質量恒星形成理論的研究一直都是科學家們所關注的熱點問題。

圖2 斯皮策空間望遠鏡在紅外波段拍攝的分子云

（圖片來源：NASA）

兩種不同的理論模型

關于大質量恒星的形成，目前比較流行的理論主要有兩種，分別是競爭吸積理論和單核坍縮理論。

競爭吸積理論強調恒星的成團性，好比同一時期誕生的一群孩子搶著吃東西，誰吃得多就長得快、長得大。但競爭吸積理論的不足在于無法很好的解釋孤立的大質量恒星的形成，而單個、獨立的大質量恒星在星系中卻很常見。

單核坍縮模型則強調恒星的獨立性，即恒星彼此之間相對獨立。但該理論基于一個前提——大質量恒星有一個質量大、密度大的分子云團塊（核）前身，而這個致密分子云團塊（核）是如何產(chǎn)生的卻不清楚。然而，快速外部壓縮提供了一種快速形成大質量、高密度分子團塊（核）的機制。

“云云碰撞”——典型的快速外部壓縮機制

星系中廣泛分布著由大量分子氣體組成的分子云。天文學家在上世紀七十年代提出分子云之間的碰撞可以快速形成大質量致密團塊，進而形成恒星，這就是 “云云碰撞”理論。通過模擬發(fā)現(xiàn)，當兩個不同速度的分子云相撞后會快速形成一個質量大、密度高的致密壓縮層（圖3），這個壓縮層中因重力不穩(wěn)定更容易形成大質量團塊（核）。

圖3 天文學家模擬的兩分子云碰撞后不同階段呈現(xiàn)的形態(tài)

圖片來源：Takahira et al. (2014)

G323.18+0.15——一個完美的“云云碰撞”例子

雖然云云碰撞理論很早就提出來了，但相關的觀測研究卻非常少。幸運的是，我們利用紅外連續(xù)譜數(shù)據(jù)和12CO、13CO分子譜線數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一個“云云碰撞”候選體G323.18+0.15。G323.18+0.15位于銀道面上，距離我們大約11508光年。

我們發(fā)現(xiàn)，“云云碰撞”可以形成質量大、密度高的分子云團塊（核），進而分子云團塊/核中會形成大質量恒星。經(jīng)過推算，G323.18+0.15中的“云云碰撞”可能發(fā)生在1.59兆年以前。雖然我們沒能親眼目睹碰撞的過程，但可以找尋碰撞留下的痕跡。

痕跡一：被“撞彎”的形態(tài)，也叫U型或拱形結構，如（圖4）白色等高線所示，中間有被“撞彎”的缺口。

痕跡二：碰撞后的兩分子云。它們速度不同，卻像鑰匙和鑰匙孔很好的“鑲嵌”在一起，如（圖4）藍色等高線和白色等高線。當然，幾兆年后碰撞的兩分子云也有可能會再次分開。

圖4 分子云復合體G323.18+0.15，三種不同顏色的輪廓線代表三個子分子云，背景為24微米、8微米、4.5微米的RGB三色圖

（圖片來源：新疆天文臺提供）

痕跡三：碰撞相互作用區(qū)域質量大、密度高，并且已經(jīng)形成了致密的大質量分子云團塊（核），它們滿足大質量恒星形成的條件（圖5）。

圖5 分子云復核體G323.18+0.15的柱密度分布圖

（圖片來源：新疆天文臺提供）

痕跡四：由12CO、13CO分子譜線數(shù)據(jù)提供的分子氣體動力學信息，我們發(fā)現(xiàn)碰撞區(qū)域兩個分子云的氣體混合在一起，符合碰撞特征（圖6）。

圖6 碰撞分子云的形態(tài)和譜線特征

（圖片來源：新疆天文臺提供）

痕跡五：分子云G323.18+0.15中有恒星形成。通過對分子云引力平衡狀態(tài)的分析，G323.18+0.15的質量還不足以形成恒星，但觀測上卻已經(jīng)看到了年輕恒星，這說明正是曾經(jīng)的意外碰撞導致了恒星的形成。

結語

目前，通過觀測找到的“云云碰撞”樣本只有50多個。從已有的研究結果來看，“云云碰撞”可以觸發(fā)大質量恒星的形成，也可以解釋星系中為什么會存在的單個、獨立的大質量恒星。但宇宙中“云云碰撞”的概率有多大，碰撞發(fā)生的過程以及觸發(fā)大質量恒星形成的效率等問題還需要深入研究。

相信在未來，我們能夠找到更多的“云云碰撞”樣本，通過不同波段、不同分辨率的觀測研究，清楚地揭示“云云碰撞”的過程。

圖7 分子云復合體G323.18+0.15中發(fā)生云云碰撞的簡化示意圖

（圖片來源：新疆天文臺提供）

編輯：應奕可

【注：此項研究成果已正式發(fā)表于國際天文核心期刊《天文學與天體物理學》（2022，A&A，663，A97）?！?/span>

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