第四章 恒星與行星 大爆炸后90億～92億年

在前面的章節(jié)中，我們看到宇宙被第一代恒星所點亮，以及星系的形成。現(xiàn)在，當大爆炸過去90億年時，宇宙看上去很像我們現(xiàn)在所見到的周圍的情況，星系中充滿了第二代恒星?，F(xiàn)在到了仔細談?wù)摵阈茄莼臅r候了。我們已經(jīng)對第一代恒星作了一些介紹，但對它們實際的形成過程一帶而過，因為當時關(guān)注那些能夠延展到整個宇宙間的效應(yīng)。我們知道它們會在耀眼的閃光中結(jié)束自己短暫的生命，它們的超新星爆炸將重元素撒向四方。另外，還有一個極為重要的效應(yīng)，爆炸形成的沖擊波將激發(fā)新恒星在周圍氣體云中的形成。

很長時間里類星體都是最顯著的天體。它們中心的黑洞吞噬著其所能夠得到的巨量的氣體和塵埃，釋放出龐大的能量。當這些塵埃和氣體消耗殆盡后，類星體暗淡下去，宇宙里剩下大量的“正常”星系。50億年前，氣體轉(zhuǎn)化成恒星的速率加快了，宇宙變得更加明亮。后來，40億到50億年期間，燃料開始耗盡，垂死的恒星超過了正在誕生的恒星。同時，就在這一時段，在一個不起眼的旋渦星系中，我們的太陽開始形成。下面讓我們仔細地探查一下恒星形成的過程。

恒星的誕生

恒星在星系中的形成并不是均勻地發(fā)生的，周圍物質(zhì)的條件會對收縮產(chǎn)生影響。像我們自己的星系的旋臂就是一個很好的例子。對任何旋渦星系的光學(xué)照片一眼看去就能發(fā)現(xiàn)，旋臂上的恒星趨向于藍色，而核球處的則呈黃色。以宇宙標準來看，旋臂上的熾熱大質(zhì)量藍星壽命是較短的，只能維持幾千萬年。這意味著無論我們在何處看到了藍色恒星，就可以確定這片區(qū)域內(nèi)的恒星是在相對較近的時期內(nèi)形成的。所以可以得出結(jié)論，在旋渦星系中恒星的形成集中在旋臂上。

包括太陽在內(nèi)的所有恒星都是在巨大的恒星孕育區(qū)內(nèi)形成的，我們稱之為星云，可看作是氣體和塵埃的倉庫。在星云之內(nèi)，充滿宇宙其他地方的強烈輻射被擋在外面，故而物質(zhì)能夠冷卻到非常低的溫度，而如何達到這點對于整個恒星形成過程是非常關(guān)鍵的。最初，冷卻是由于氫分子能夠向外輻射出能量，能量的流失冷卻了云氣，溫度降了下來。其后這項工作由碳或氧原子更加高效地完成了。在這一氣體區(qū)域中，由引力作用造成的收縮與粒子的隨機運動相對抗，如果這些粒子運動很快，就可以克服引力帶來的緊縮，這個氣團就永遠不會收縮到形成恒星的程度。對恒星生成區(qū)的現(xiàn)代觀測表明，這是一個持續(xù)進行的過程，氣團不斷地形成和消散著。

不過請記住，粒子的速度由溫度決定。溫度越低，粒子運動得就越慢。如果氣體能足夠冷卻，引力就會贏得這場較量，冷卻的氣體團會趨于收縮。

一旦收縮達到某一程度就不可能逆轉(zhuǎn)，一個原恒星的核心就會形成。這樣的核心包含大量的、天文學(xué)家稱之為“塵?！钡男×Ｗ印Ｋ鼈兿裆沉Ｒ话愦笮?，主要是碳和硅的化合物。正是這些塵埃使得對恒星形成的研究非常困難，尤其是在光學(xué)波段。因為可見光幾乎完全被塵埃所阻擋。對于稍熱的塵埃區(qū)域，紅外觀測非常有用。但是，在恒星形成的早期階段，溫度可能低至10K，這時甚至紅外波也無能為力。要觀測這種宇宙間最冷的地方，我們必須轉(zhuǎn)到亞毫米波。

星云內(nèi)的溫度是如此之低，以至氣體凝固在塵埃上。氣體主要是氫，也有簡單的化合物，例如一氧化碳。每類分子都形成一個冰層。不過最近的研究表明這種層次結(jié)構(gòu)可能過于簡化了，冰是由不同分子混合而成。

氣體在很低的溫度下運動很慢，再加上難以想象的低密度，分子之間的碰撞相當稀少，即便發(fā)生，能量也很低。值得注意的是，天文學(xué)家所稱的“比較致密的云團”，若是在地球上的實驗室中我們會認為那是極好的真空。所以，相對只有很少的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。