恒星的物質(zhì)來源于星云。每一個星云都是恒星的搖籃，其中孕育著數(shù)百萬顆恒星。星云中重要的物質(zhì)不是那些燦爛的氣體云，而是其中較暗的部分，包含很多塵埃云。恒星的形成就發(fā)生在這些塵埃云中。這些塵埃云密度很大，因此一般情況下，我們很難用一般的望遠鏡觀測到內(nèi)部的一些過程。關(guān)于恒星是如何形成的這一問題成為了天文學中的一個謎。

截止2019年底，對于小質(zhì)量以及中等質(zhì)量恒星的形成過程已經(jīng)很清楚，但是對于大質(zhì)量恒星的形成過程依然有著很大的爭論。

中文名

恒星形成

外文名

the formation of star

物質(zhì)來源

星云

基本條件

氫氣、引力和漫長的時間

反應

核聚變

別名

恒星誕生

形成階段

彌散云-致密云核-星前云核-原恒星-主序星（或矮星、行星）

基本簡介

由于恒星誕生于分子云中的致密區(qū)域，只能利用可見光以外波長的觀測。1997年的2微米全天巡天（The two Micro All Sky Survey；2MASS??）是最早的大尺度近紅外巡天觀測，揭示了近紅外的宇宙圖像。然而即使是紅外觀測，實際上也遭遇了困難，大氣層在20微米到850微米幾乎是完全不透明的，只有在200微米和450微米有狹窄的窗口。在這范圍之外必須使用消光技術(shù)觀測。比較著名的消光觀測有數(shù)字巡天觀測（Digitized Sky Survey I；DSS)和斯隆數(shù)字巡天觀測（The Sloan Digital Sky Survey; SDSS）。

除了近紅外消光之外，塵埃連續(xù)譜輻射和分子轉(zhuǎn)動躍遷輻射也可以直接探測分子云內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，尤其是分子躍遷輻射光譜，可以精確的測得分子云的運動學特征（引力塌縮，外向流等）。銀河系內(nèi)的分子云動力學圖景可以參考哥倫比亞大學的CO分子巡天。

2004年，美國宇航局發(fā)射了斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）。這是一座紅外望遠鏡，由于紅外線可以穿透厚厚的塵埃，因此斯皮策的作用就是通過觀測星云熱量散發(fā)的紅外線觀測星云內(nèi)部新恒星的形成。這樣一來，我們就可以大致描繪出恒星的形成過程，從而進一步解開這個謎。

斯皮策太空望遠鏡

恒星形成區(qū)

在產(chǎn)生恒星的稠密星云中，大部分氫以分子的形式存在，因此這些星云被稱為分子云。觀測表明，最冷的分子云傾向于形成低質(zhì)量恒星，首先在云層內(nèi)部的紅外線中觀察到，然后在云層消散時在其表面的可見光中觀察到，而通常較溫暖的巨型分子云產(chǎn)生各種質(zhì)量的恒星。這些巨型分子云的典型密度為每立方厘米100個粒子，直徑為100光年，質(zhì)量高達600萬個太陽質(zhì)量，平均內(nèi)部溫度為10K。

分子云的質(zhì)量占銀河系總質(zhì)量的一半。在銀河系中，估計有6000個分子云，每個分子云的質(zhì)量都超過100000太陽質(zhì)量。離太陽最近的一個正在形成大質(zhì)量恒星的星云是獵戶座星云，距離太陽1300光年，低質(zhì)量恒星的形成大約發(fā)生在400-450光年遠的ρ Ophiuchi云系中。

恒星形成的一個更緊密的地方是由致密氣體和塵埃組成的不透明云（暗云），稱為博克球狀體，以天文學家巴特博克的名字命名。這些云可以與坍塌的分子云聯(lián)合形成，也可以獨立形成。博克球狀體的直徑通?？蛇_一光年，質(zhì)量為幾個太陽質(zhì)量。它們與明亮的星云或背景恒星形成對比容易被觀測到。超過一半的已知博克球狀體被發(fā)現(xiàn)含有新形成的恒星。

大質(zhì)量恒星（大于8個太陽質(zhì)量）形成原恒星后會具有很強的紫外輻射，這些輻射出來的紫外光子會電離星周物質(zhì)（光致離解）。由于分子云中大部分是氫原子和氫分子，所以這片電離的區(qū)域又被叫做電離氫區(qū)。

形成過程

星云

產(chǎn)生恒星的基本條件是氫氣、引力和漫長的時間。起初，星云中的一小塊氫氣受熱后開始升溫，進而引起星云中的其他物質(zhì)開始發(fā)熱、升溫并發(fā)光。塵埃和氣體在萬有引力的作用下開始聚集，形成巨大的漩渦。在聚集并壓縮體積的過程中，由于外界對其做功，根據(jù)熱力學第一定律，被壓縮的氣體溫度會升高。

經(jīng)過數(shù)十萬年，星云的密度會不斷增大，并會形成盤狀漩渦，直徑超過太陽系。而位于中心的氣體，在重力的不斷擠壓下，形成具有超高密度和溫度的球體。隨著壓力不斷增大，由于旋渦物質(zhì)具有的角動量，導致巨大的氣柱從中心噴射而出，噴射氣柱直徑達幾光年，它可以使物質(zhì)加速，穿越無法想象的距離。而核心的部分，就是年輕的恒星。

引力作用持續(xù)而強烈，氣體和灰塵顆粒被不斷吸入，并相互擠壓，產(chǎn)生了越來越多的熱量。

噴射氣柱

未來幾十萬年的時間里，年輕的恒星經(jīng)擠壓將變得更亮更熱，溫度會達到1500萬攝氏度。一些氣體原子在高溫下會發(fā)生聚變而釋放出更大的能量，經(jīng)過這些聚變反應，產(chǎn)物會通過相互作用與氣體、塵埃等形成更加清晰的球體，一顆恒星就這樣誕生了。

在今后的數(shù)萬、數(shù)億、甚至數(shù)萬億年，它會一直發(fā)光，釋放能量。太陽就是這樣一顆數(shù)十億年源源不斷地為我們地球乃至整個太陽系提供光和熱的一顆普通、但對我們及其重要的一顆恒星。

形成原因

根據(jù)恒星質(zhì)量不同，它的形成機制也有些微不同。低質(zhì)量恒星形成的理論得到了觀測的有力支持，即低質(zhì)量恒星是由分子云中旋轉(zhuǎn)密度增加的引力坍縮形成的。由氣體和塵埃組成的旋轉(zhuǎn)云的塌縮導致吸積盤的形成，物質(zhì)通過吸積盤被引導到中心原恒星上。為了維持角動量守恒，原恒星上垂直盤的軸的兩極會有物質(zhì)外流。對于大質(zhì)量恒星的形成機制還不了解。

大質(zhì)量恒星釋放出大量的輻射，這些輻射會對正在形成的物質(zhì)產(chǎn)生反作用力。過去，人們認為這種輻射壓力可能足夠大，足以阻止大質(zhì)量原恒星的吸積，并阻止質(zhì)量超過幾十個太陽質(zhì)量的恒星的形成。最近的理論研究表明，噴流和外流的產(chǎn)生清除了一個空腔，大質(zhì)量原恒星的大部分輻射可以通過這個空腔逸出，而不妨礙通過圓盤和原恒星的吸積。大質(zhì)量恒星可能因此能夠通過一種類似于低質(zhì)量恒星形成機制的機制形成。越來越多的證據(jù)表明，至少一些大質(zhì)量的原恒星確實被吸積盤所包圍。其他一些關(guān)于大質(zhì)量恒星形成的理論仍有待于觀測檢驗。其中，也許最突出的是競爭吸積理論，它表明大質(zhì)量的原恒星是由低質(zhì)量的原恒星“播種”的，這些原恒星與其他原恒星競爭，從整個母體分子云中吸積物質(zhì)，而不是僅僅從一個小的局部區(qū)域。