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1、 1 第十一章 星云和恒星的形成 1.星际物质和星云 2.分子云和恒星的形成，恒星的主序前演化 1. 星际物质和星云 1）星际物质（星际介质） 发现：1930 年，特朗普勒研究疏散星团的距离和大小时发现奇怪结果，疏散星团离太阳越远，直径就越大， 揭示了星际物质的存在：星际物质的消光作用歪曲了恒星的视星等，使星团似乎更远了，从而夸大了星团 的距离和大小；星团越远，星光被减弱得越多，星团的线大小被夸大的越厉害。 暗区（“洞”）是星际介质 星际物质由种类繁多的原子，分子和尘埃组成。 星际分子：用射电天文方法探测始于六十年代，是六十年代四大发现之一；已发现和证认了 108 种星际分 子。 分子能态间跃
2、迁：电子跃迁紫外，可见区 振动跃迁红外区 转动跃迁毫米和厘米波区 尘埃：能在宽阔的波段上吸收和散射星光，对星际消光起了主要的作用。 星际消光（Av）： M=m+5- 5lgr- Av 或 M=m+5+5lg- Av 不同距离，不同视线方向上，Av 不同。 Av 的测量：由观测来定。 星际红化： 用色指数的改变（色余 CE）来衡量星际红化： CE C- C0 C：观测值；C0：同一恒星完全不受星际红化影响时应有的色指数（由恒星光谱型得到） 对星际红化，CE 是正值，CE 越大，星际红化越厉害； 实际中，常常 CE Av 典型的星际尘埃颗粒的大小： 2 星际消光和星际红化 偏振： 星际尘埃的成分：
3、硅酸盐，金属颗粒，石墨，水冰以及由碳，氮，氧，氢组成的其它类型的冰； 星际尘埃的形成： 可能场所： 最初在晚型星，尤其是红巨星的外层大气中产生，最终通过星风流入星际空间； 新星和超新星抛出的气壳； 正在诞生恒星的气体星云； 星际介质的温度和密度 温度：几 K几百 K,平均 100K 左右； 分子密度： 109 atoms/m3- 104 atoms/m3， 平均仅 106 atoms/ m3（ 1 atom/cm3） ； 尘埃密度：10 - 6 个尘埃颗粒/米 3，（1000 个/公里 3）。 2）星云 十八世纪后期，威廉赫歇尔等天文学家发现了许多云雾状斑点的天体，称为星云；实质上它们是 河外
4、星系（星系）和星云。星云分为行星状星云，发射星云，反射星云和暗星云；超新星遗迹也归入其中。 发射星云（emission nebulae） 3 (a) M16, the Eagle Nebula ; (c) M8, the Lagoon Nebula. (d) 沙漏星云,Hourglass. 发射星云的光谱： 蝴蝶星云（ Butterfly Nebula）及其光谱 猎户星云 Orion Nebula (M42，或 NGC1976)，到地球距离 450 pc ; 反射星云： 暗星云： 在明亮的发射星云背景上的猎户座马头星云（Horsehead Nebula），距离地球约 1500 pc，马脖子约
5、0.25 pc。 典型的暗星云 Rho Ophiuchi（蛇夫座）, 由于遮住其后的恒星的光而被“看”到。 4 暗星云的窄的吸收线星云的厚度速度元素丰度 等等 2.分子云和恒星的形成，恒星的主序前演化 1）分子云（molecular cloud）：）： 2）恒星的形成：近二十年来，毫米波，红外及光学 CCD 成像观测的发展，确立了恒星形成于星际分子云 这一基本观点，这非常重要！ 目前关于恒星形成的理论总图像：以类太阳恒星主序前演化的 7 个阶段为例 STAGE APPROXIMATE TIME TO NEXT STAGE (yr) CENTRAL TEMPERATURE (K) SURFACE
6、 TEMPERATURE (K) CENTRAL DENSITY (particles/m 3) DIAMETER* (km) OBJECT 1 2 10 6 10 10 10 9 10 14 Interstellar cloud 2 3 10 4 100 10 10 12 10 12 Cloud fragment 3 10 5 10,000 100 10 18 10 10 Cloud fragment/protostar 4 10 6 1,000,000 3000 10 24 10 8 Protostar 5 10 7 5,000,000 4000 10 28 10 7 Protostar
7、6 3 10 7 10,000,000 4500 10 31 2 10 6 Star 7 10 10 15,000,000 6000 10 32 1.5 10 6 Main-sequence star *For comparison, recall that the diameter of the Sun is 1.4 10 6 km, while that of the solar system is roughly 1.5 10 10 km. 大分子云自转凝聚核 5 原恒星的演化程： 阶段 4 阶段 4阶段 7（到达零龄主序） 比太阳质量大的恒星（3M）和比太阳质量小的恒星（0.3M）的主
8、序前演化程 主要差异： 影响分子云形成恒星的因素：引力和分子云的热运动的相互抗衡使分子云收缩或更加弥散。 某些因素使分子云形成恒星变得更复杂： 旋转：抗衡引力塌缩的因素；需要更多的初始分子云质量才有可能引起引力收缩； 磁场：阻碍分子云的收缩，尤其在垂直于磁场的方向； 6 恒星主序前演化的观测证据 年轻的红外点源的发现（尤其是 IRAS 卫星观测）； 原恒星：流体静力学平衡建立之前正在收缩加热的天体，外有厚气体尘埃包层； HH 天体：Herbig- Haro 天体，炽热的凝聚体； BN 和 KL 天体（猎户座），正在形成的恒星； 猎户座中发现红外星团的厚包层，将可能以 O,B 型星显露出来； 等
9、等 M20 区恒星的诞生 (1)母星云 (2)收缩的分子云团块（射电波段能量最强） (3)发射星云 M20（中 心为刚形成的大质量恒星）； 猎户座恒星形成区；注意(e)被气体和尘埃盘环绕的几个年轻恒星的高分辨率图像，行星可能最终 在盘中形成。 猎户座星云的中心区域 (a) 星云和四个亮 O 型星（成为猎户座四边形）； (b) 星云中不规则的气体尘 埃分布， 恒星隐藏在尘埃中； (c) 1997 年 HST 拍摄的红外图像， 显示几个弱的红外源正从星云中显露出来， 7 最亮的为 BecklinNeugebauer 天体。 原恒星的观测：IRAS 观测的类太阳质量恒星 Barnard 5 （箭头所指） 恒星形成过程中的吸积和喷流 (a) 从年轻恒星系统 HH81- 82 (用“十”标出)发出的双极喷流 ，这是已知的最大的恒星级喷流，长约 10,000 AU ；(b)模型。 (A) HH1/HH2 的双极喷流 (B) HH30 ,(C) HH34 和(D) HH47 的喷流 8 激波的作用：压缩星云，使其密度变大，可能触发恒星的形成。
