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恒星的形成和演化（第1页）

恒星的形成和演化

宇宙中的发光物质是来源于一颗恒星，还是一群恒星？后来的恒星形成是由于一个共同的变化规律（如分子云崩溃理论），还是在一个充满着各种不同的作用力及内部机制的沸腾的大深坑里进行的呢？这些问题直到现在还无人能够作答。

不过人们正在做着各种各样的努力。在过去的几年里，计算机性能的提高、数值计算技术的发展，还有数以百万计的恒星观察记录，使我们在推测恒星形成初始机制方面、恒星形成的物理、化学环境方面以及在宇宙的历史中恒星群的位置及出现时间方面都有了非常大的进展。

在最简单的假想环境中，那些拥有一些发光物质的恒星是独立于其他恒星的，是独自形成的。托马逊回顾了这种类型恒星形成过程中最开始的两个阶段：首先是在一个主要由氢分子组成的星云中形成一个有边界的引力核，接着该引力核在自身引力作用下发生崩溃。在这一部分里，最有意思的一点是，怎样从引力核的崩溃过程中克服气体紊流及磁场作用的影响，形成一个原恒星。罗伯特及其他一些科学家所做的一些模拟试验表明，在分子星云崩溃过程中所形成的宇宙中，第一个发光物体极有可能是一颗非常庞大的恒星。

另一位科学家则回顾了以恒星群为方式的形成理论。不少专家认为恒星是成群形成的，而不是单个独立形成的。如果这种情况成立的话，当讨论一颗恒星的形成环境时，我们就要考虑到来自其周围其他星体物质的气流以及冲击波的影响。他认为最早的恒星就是在极其紊乱的、相互影响的环境中形成的。近来，天文学家们在合成初始质量方程中的数据时，对该理论进行了一些简化处理。他们提出特定质量恒星的空间分布是在一个已经给定的空间范围之内。

卡特回顾了各种质量范围内的恒星的初始质量方程。他分析的结果显示：不管恒星的年龄及周围环境怎么样，它们都有着类似的初始质量方程。这种一致性真是出乎意料，它表明一切的恒星有着类似的形成机制。

针对宇宙中第一颗恒星的形成，天文学家们从一套完整的自协调三维流体力学模拟方程中得到了一个结果。

在当前流行的形成结构模型中，大部分假想是这个样子的：最初是暗物质为主，而伴随着因为初始低密度物质紊流而产生的不稳定状态的出现，形成了星系形成前的天体物质。由于这些天体物质是分级聚集而成，最初的气体便通过氢分子链的振动而冷却，并且慢慢沉入暗物质势阱的中心。我们对分子星云的形成进行了一次高红移模拟，一旦高密度的低温核心气体开始由于引力而自凝聚时，拥有lOOM（M为太阳的质量）左右大小的高密度核心就可以迅速收缩。在粒子数密度高于10M每立方厘米的地方，IM的原恒星核就可以通过三体氢分子的形成而完全分子化。与过去的分析预计的结果不同的是，这一过程并不产生新的分裂，而是只形成一个恒星。同时，当光学深度效应很明显时，计算就终止了，使得完全形成后的恒星的质量成为未知数。而在计算终止时，原恒星正处于物质增加极其迅速的时期（约每年102M）。来自该恒星的辐射反馈不仅会终止该恒星的成长，同时还会抑止处于同一形成环境中其他恒星的形成。最后得到的结论是，在一个星系形成前的晕轮中最多只会形成一个庞大（质量远大于IM）的、没有金属的恒星，这与最近对贫金属晕轮恒星的质量观测结果相符。

我们的宇宙中最早的恒星是如何形成以及什么时候形成的呢？最近的一些计算研究正在为这些问题给出答案。罗伯特报告，汇报了在初始星云核崩溃过程中恒星形成的三维计算分析结果。第一颗恒星形成于大爆炸后约100万年；在每一千个原子中只有一个有幸参与到第一代的恒星中去。但如果要计算后来发生的复杂的星际气体动力状态及反馈的话，将不得不建立更为复杂的系统，同时必须面临更大的挑战。恒星在任何类型及处于任何演化阶段的星系中都是普遍存在的。而且，我们还发现恒星在极其广泛的环境中形成，从接近巨型的分子星云到存在于发生了星际爆发及处于聚合状态的星系中的超巨型分子星云。在我们的星系及其他的星系中那些有代表性的恒星通常都是作为恒星群中的一员而形成的，这就表明恒星的形成是发生在恒星群内部的事情，而并非一个个孤立的现象。对于恒星成群形成理论最大的挑战是怎样理解恒星中质量的均匀分布。

在某一特定的太空空间中，某一恒星形成过程中的质量分布称为IMF。对于质量很低的褐色小星到巨大的恒星，天文学家们都估计了它们的IMF。同时，他们还对各种不同环境中恒星的IMF进行了比较，结果发现它们的IMF出乎意料地一致。这里所谈到的环境包括：在如今的一些小分子星云中处于形成状态的恒星，在大星云中处于形成状态的高密度的恒星群，及远古时为暗-质控制的贫金属外来恒星群。IMF一致性的结果给目前的恒星形成理论带来了挑战，因为按照现在的恒星形成理论，IMF应针对不同的恒星形成条件而发生变化。