恒星的童年（下）

前主序星

典型稠密核的質(zhì)量一般都大于恒星的質(zhì)量。因此，一定有某種機(jī)制可將多余質(zhì)量掃走，并阻止質(zhì)量不斷由外面流入。大部分天文學(xué)家現(xiàn)在相信，在原始星球表面會(huì)噴出強(qiáng)烈的星際風(fēng)，可以將流人的質(zhì)量吹走，慢慢地驅(qū)散整個(gè)稠密核。星際風(fēng)的想法并不是來(lái)自于理論的計(jì)算，由于廣泛地觀測(cè)到分子云從紅外線源流入的現(xiàn)象，因此構(gòu)想原始星球上也會(huì)有類(lèi)似太陽(yáng)風(fēng)的現(xiàn)象。這種星際風(fēng)尚未直接觀測(cè)到，但它一定比主序星所噴出的星際風(fēng)強(qiáng)。

當(dāng)稠密核被吹散后，暴露出來(lái)的物體能用可見(jiàn)光觀測(cè)，稱(chēng)為前主序星。像原始星球一樣，前主序星也非常亮，同樣地，重力是造成強(qiáng)亮度的主因：星球內(nèi)部的壓力，使得星球不會(huì)有自由落體般的收縮，而維持此壓力的熱量從表面輻射出去，就造成了星球非常亮，而收縮卻很緩慢。

前主序星也像原始星球一樣處于對(duì)流不穩(wěn)定，但是它的物理機(jī)制卻不相同。一般而言，當(dāng)星球溫度由中心到表面降低得很快時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)流不穩(wěn)定。在原始星球中，氘在中心聚變，產(chǎn)生大量的熱，造成對(duì)流。但當(dāng)原始星球演化到前主序星，氘已經(jīng)燃燒殆盡。在前主序星內(nèi)變化大的溫度梯度，主要來(lái)自于強(qiáng)烈的亮度。表面大量的輻射散出，造成星球表面冷卻，而內(nèi)部受到物質(zhì)的隔絕，使得溫度維持不變，這種內(nèi)外溫度劇烈的變化，造成對(duì)流不穩(wěn)定。

當(dāng)星球繼續(xù)演化，亮度逐漸變暗，對(duì)流不穩(wěn)定的區(qū)域也逐漸變小，現(xiàn)今太陽(yáng)對(duì)流區(qū)域只剩半徑的30％，旋渦上上下下地運(yùn)動(dòng)，形成太陽(yáng)表面米粒狀的結(jié)構(gòu)。當(dāng)星球變得更加稠密，它的內(nèi)部溫度逐漸穩(wěn)定地上升到千萬(wàn)攝氏度。這時(shí)氫原子開(kāi)始聚變成氦，所放出的熱量提供足夠的壓力，使收縮停止，星球便進(jìn)入主序星的階段，就如我們的太陽(yáng)。

典型氫聚變反應(yīng)的星球，大約花3000萬(wàn)年的時(shí)間，由原始星球收縮到現(xiàn)在的大小，氫聚變所放出的熱量，可使體積維持50億年不變。

Hayashi軌跡與誕生線

以上對(duì)于星球演化的描述，都與物理理論及現(xiàn)今所知的核反應(yīng)理論符合，但是理論需要資料的支持，這些資料包括不同階段星球特性的測(cè)量值，最傳統(tǒng)的方式是將這些星球資料以圖形標(biāo)示在H-R圖上。

H-R圖是將星球亮度標(biāo)在縱軸，溫度標(biāo)在橫軸上的一種圖形，燃燒氫的主序星都落在對(duì)角線上。理論計(jì)算顯示，星球的質(zhì)量決定它的亮度、溫度及在曲線上的位置，這個(gè)理論與觀測(cè)結(jié)果相符。天文學(xué)家通過(guò)測(cè)量星球的光度(加上距離)可得到亮度；利用光譜分析可得到表面溫度。將一個(gè)星球團(tuán)內(nèi)所有恒星的亮度、溫度畫(huà)在H-R圖上，大部分的星球都落在理論計(jì)算的曲線上。

因?yàn)榍爸餍蛐潜认嗤|(zhì)量的主序星亮，它應(yīng)該落在主序星曲線上方。隨著時(shí)間進(jìn)行，星球慢慢收縮，表面積漸漸減少，亮度也隨之慢慢減弱。結(jié)果造成星球在H-R圖上都沿同一路徑滑動(dòng)，天文學(xué)家稱(chēng)這路徑為“Hayashi路徑”。此路徑是由日本京都大學(xué)的Chushiro Hayashi在1960年首先提出的。

觀測(cè)我們附近的年輕星團(tuán)。發(fā)現(xiàn)許多星球都坐落在主序星曲線上方，那些接近Hayashi軌跡、質(zhì)量為一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量或小于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的星球，稱(chēng)為“TTauri星”。類(lèi)似于TTauri星，但具有較大質(zhì)量的星球稱(chēng)為“HerbigAe和Be星”。雖然理論工作者對(duì)于許多星球都坐落在Hayashi軌跡上的觀測(cè)感到高興，但要證明這些星球確實(shí)是沿Hayashi軌跡演化，卻是件困難的事。

如先前所提，在原始星球內(nèi)，氘聚變反應(yīng)提供了一個(gè)質(zhì)量與半徑的關(guān)系式。利用這一關(guān)系式加上Hayashi軌跡，可以預(yù)測(cè)當(dāng)星球變得能用可見(jiàn)光觀測(cè)時(shí)時(shí)，它們應(yīng)坐落在另一條曲線上，這條曲線便被稱(chēng)為誕生線。每個(gè)星球從此線開(kāi)始，沿Hayashi軌跡演化到主序星。觀測(cè)結(jié)果可以證實(shí)誕生線的構(gòu)想。

1979年柯恩和庫(kù)伊有系統(tǒng)地出版了上百個(gè)T Tauri星的研究。1984年芬肯澤勒和孟特也提出數(shù)量稀少的有關(guān)Ae、Be星的測(cè)量。這些測(cè)量的亮度及表面溫度在H-R圖上都坐落在某一特定曲線附近，而這曲線與理論的誕生線相符合，甚至那些有分子氣體向外流動(dòng)的星球也落在誕生線上。它們?cè)贖-R圖上的位置，與前主序星開(kāi)始收縮有關(guān)。

有人曾預(yù)測(cè)誕生線與主序星會(huì)有交點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算這個(gè)交點(diǎn)相當(dāng)于8個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。以物理觀點(diǎn)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義在于，任何大于此臨界質(zhì)量的星球，即使稠密核還正在收縮，它已經(jīng)在進(jìn)行氫聚變反應(yīng)，因此這些星球沒(méi)有前主序星的階段。至今，這種預(yù)測(cè)似乎都與觀測(cè)相符。

雖然這理論令人振奮，但對(duì)許多年輕星球的特性我們?nèi)匀徊涣私馄湮锢硪饬x。比如說(shuō)，大部分年輕星球有不規(guī)則的亮度變化，它們的亮度會(huì)有數(shù)時(shí)至數(shù)月的變化周期。T Tauri星的光譜有比同質(zhì)量的主序星較多的紅外、紫外線，但是紐約大學(xué)的華爾特卻又發(fā)現(xiàn)，一些有類(lèi)似質(zhì)量及年齡的T

Tauri星沒(méi)有過(guò)多的輻射。最后，有許多證據(jù)顯示：有強(qiáng)烈的星際風(fēng)，而這星際風(fēng)可能還是以前星際風(fēng)的殘留物，這強(qiáng)烈星際風(fēng)相信是結(jié)束原始星球階段的主因。

吸積盤(pán)

描述星球誕生的模型中，有一個(gè)重要的副產(chǎn)品，也就是環(huán)繞四周的吸積盤(pán)。專(zhuān)家相信，這些盤(pán)狀結(jié)構(gòu)提供行星系統(tǒng)形成的原料。不論是何種過(guò)程，當(dāng)收縮開(kāi)始進(jìn)行，稠密核多多少少都會(huì)有些旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的核心中，角動(dòng)量較大的氣體位在離旋轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn)的位置，當(dāng)收縮的區(qū)域向外傳播，它會(huì)吃掉較遠(yuǎn)的氣體，這些氣體便開(kāi)始向中心掉落，但它并不會(huì)撞上原始星球，而是在原始星球四周做軌道運(yùn)動(dòng)，形成盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。

1976年加州大學(xué)洛杉磯分校的伍爾瑞克與1981年美國(guó)航空航天局艾美研究中心的凱森和穆斯曼，對(duì)向中心掉落的氣體會(huì)從原始星球移到盤(pán)狀結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，分別提出數(shù)學(xué)理論。凱森和穆斯曼首次研究了吸積盤(pán)的物理特性，比如說(shuō)，吸積盤(pán)大小及表面溫度。不僅這些研究可以解釋行星如何形成，而且最近觀測(cè)證實(shí)盤(pán)狀結(jié)構(gòu)確實(shí)存在。

1987年，貝克威斯和沙金特觀測(cè)T Tauri星HLTau附近的一氧化碳譜線，他們認(rèn)為這譜線來(lái)自直徑好幾個(gè)光周的低質(zhì)量的盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。另一項(xiàng)吸積盤(pán)存在的證據(jù)比較間接、且具爭(zhēng)議性。理論學(xué)者認(rèn)為某些T Tauri星被觀測(cè)的特性是可以用盤(pán)狀結(jié)構(gòu)來(lái)解釋?zhuān)鶕?jù)1974年貝爾和普林格爾的原始構(gòu)想，研究人員大多認(rèn)為之所以星球有過(guò)多的紅外線、紫外線，其原因是盤(pán)狀結(jié)構(gòu)不斷將質(zhì)量傳到了星球中心。

假如物質(zhì)想要以螺旋狀軌跡掉到星球表面，它一定利用某種方式釋放角動(dòng)量。貝爾和普林格爾假設(shè)盤(pán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)有某種不確定的摩擦力，當(dāng)相鄰氣體相互摩擦，摩擦力會(huì)使轉(zhuǎn)速較慢的氣體減慢，而逐漸向中心收縮，就像人造衛(wèi)星的軌道，因?yàn)榇髿庾枇Χ饾u變小。摩擦造成的熱能，形成紅外線；紫外線則來(lái)自盤(pán)狀結(jié)構(gòu)與星球之間狹窄、高熱的區(qū)域，這區(qū)域有較強(qiáng)的摩擦力阻止氣體的運(yùn)動(dòng)。利用這種模型的描述，科學(xué)家可以得到許多與T Tauri星符合的現(xiàn)象。即使理論學(xué)家多年的努力，但這些模型所需要的內(nèi)在摩擦力仍然沒(méi)有令人可信的解釋。比如說(shuō)，計(jì)算顯示一般分子氣體的摩擦力太小，無(wú)法有效地使氣體掉入星球中心。

大自然的蛛絲馬跡

最近，所有直接或間接的觀測(cè)都顯示：盤(pán)狀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量只是中心質(zhì)量的一小部分，也許只有百分之幾，或更少。理論學(xué)家發(fā)現(xiàn)的事實(shí)正受到挑戰(zhàn)，假如盤(pán)狀結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)物質(zhì)收縮而形成，為什么當(dāng)星球形成后，這過(guò)程馬上停止?假如的確有星際風(fēng)將這個(gè)收縮階段停住，這是否表示盤(pán)狀結(jié)構(gòu)的形成與造成星際風(fēng)的原因有重要的關(guān)連?

這些問(wèn)題仍然沒(méi)有答案，但是這些未解決的問(wèn)題通過(guò)理論和觀測(cè)的雙重努力，應(yīng)該是了解整個(gè)現(xiàn)象的關(guān)鍵。假如我們能把握住大自然留給我們的線索，便可以連接這些線索，完成關(guān)于年輕星球的故事，而大自然所遺留的線索就在我們的頭頂上，在清晰的夜空中閃爍著。