版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

出品：科普中國

作者: 馬應秀 蔣晨峰（中國科學院新疆天文台）

監製：中國科普博覽

經常聽見有人會(hui) 說，宇宙真浪漫啊，天文學家真浪漫啊。其實，每一次對星空的凝望，也是在尋找自己的起源，我們(men) 的故事就是宇宙的故事。今天，就來聊一聊關(guan) 於(yu) 恒星的那些事兒(er) 。

恒星不恒——恒星也有生命周期

仰望星空，那一閃一閃眨著眼睛的星星都是恒星。之所以將其起名為(wei) 恒星，是因為(wei) 人們(men) 看到的它好像是恒定不變的，這些星星好像不會(hui) 消失，也不會(hui) 變大變小或變亮變暗。而事實上，恒星也有自己的生命周期，包括胚胎期、幼兒(er) 期、青年期、壯年期和老年期，當然，最後也擺脫不了死亡。

既然恒星存在著生命周期，為(wei) 什麽(me) 我們(men) 眼睛看不到恒星的這些變化呢？這是因為(wei) 一般恒星的壽命在百萬(wan) 年到百億(yi) 年。和人的壽命（百年）相比，我們(men) 看到的僅(jin) 僅(jin) 是恒星一生中的一瞬間而已。

圖1 星空

（圖片來源：Veer圖庫）

備受關(guan) 注的“出生”——恒星是如何形成的？

深邃的夜空總是自帶神秘，除了肉眼可見的星星以外，是否還隱藏著其他我們(men) 看不見的東(dong) 西呢？答案是肯定的，很多漂亮的星雲(yun) ，處於(yu) 胚胎期、幼兒(er) 期的恒星，是無法通過人眼看見的。因為(wei) 早期恒星發出的光比較弱，而且被包裹在厚厚的分子雲(yun) 裏，我們(men) 眼睛沒法直接看見它們(men) 。

然而，天文學家們(men) 卻對這些肉眼看不見的早期恒星倍感興(xing) 趣，因為(wei) 它不僅(jin) 關(guan) 係到恒星是如何誕生的，還關(guan) 係到行星以及生命的形成。

通過紅外望遠鏡，可以看到包裹在分子雲(yun) 中的早期恒星，如圖2所示為(wei) 斯皮策空間望遠鏡在紅外波段拍攝的分子雲(yun) ，很多發光的藍白色小點都是已經誕生的恒星。可以確定的是，恒星誕生於(yu) 分子雲(yun) 中。但分子雲(yun) 是如何“孕育”出早期恒星這一問題，到目前為(wei) 止還沒有統一的答案。

這是因為(wei) 在恒星的一生中，早期形成期很短，尤其是對於(yu) 大質量恒星而言，這一階段的演化非常快。此外，大質量恒星是在大的分子雲(yun) 稠密核中形成的，因此其周圍的分子包層比較厚，即便是使用紅外望遠鏡，也很難觀測到。

由於(yu) 種種原因的存在，我們(men) 對大質量恒星的早期形成過程還不夠了解，因此，關(guan) 於(yu) 大質量恒星形成理論的研究一直都是科學家們(men) 所關(guan) 注的熱點問題。

圖2 斯皮策空間望遠鏡在紅外波段拍攝的分子雲(yun)

（圖片來源：NASA）

兩(liang) 種不同的理論模型

關(guan) 於(yu) 大質量恒星的形成，目前比較流行的理論主要有兩(liang) 種，分別是競爭(zheng) 吸積理論和單核坍縮理論。

競爭(zheng) 吸積理論強調恒星的成團性，好比同一時期誕生的一群孩子搶著吃東(dong) 西，誰吃得多就長得快、長得大。但競爭(zheng) 吸積理論的不足在於(yu) 無法很好的解釋孤立的大質量恒星的形成，而單個(ge) 、獨立的大質量恒星在星係中卻很常見。

單核坍縮模型則強調恒星的獨立性，即恒星彼此之間相對獨立。但該理論基於(yu) 一個(ge) 前提——大質量恒星有一個(ge) 質量大、密度大的分子雲(yun) 團塊（核）前身，而這個(ge) 致密分子雲(yun) 團塊（核）是如何產(chan) 生的卻不清楚。然而，快速外部壓縮提供了一種快速形成大質量、高密度分子團塊（核）的機製。

“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”——典型的快速外部壓縮機製

星係中廣泛分布著由大量分子氣體(ti) 組成的分子雲(yun) 。天文學家在上世紀七十年代提出分子雲(yun) 之間的碰撞可以快速形成大質量致密團塊，進而形成恒星，這就是 “雲(yun) 雲(yun) 碰撞”理論。通過模擬發現，當兩(liang) 個(ge) 不同速度的分子雲(yun) 相撞後會(hui) 快速形成一個(ge) 質量大、密度高的致密壓縮層（圖3），這個(ge) 壓縮層中因重力不穩定更容易形成大質量團塊（核）。

圖3 天文學家模擬的兩(liang) 分子雲(yun) 碰撞後不同階段呈現的形態

圖片來源：Takahira et al. (2014)

G323.18+0.15——一個(ge) 完美的“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”例子

雖然雲(yun) 雲(yun) 碰撞理論很早就提出來了，但相關(guan) 的觀測研究卻非常少。幸運的是，我們(men) 利用紅外連續譜數據和12CO、13CO分子譜線數據發現了一個(ge) “雲(yun) 雲(yun) 碰撞”候選體(ti) G323.18+0.15。G323.18+0.15位於(yu) 銀道麵上，距離我們(men) 大約11508光年。

我們(men) 發現，“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”可以形成質量大、密度高的分子雲(yun) 團塊（核），進而分子雲(yun) 團塊/核中會(hui) 形成大質量恒星。經過推算，G323.18+0.15中的“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”可能發生在1.59兆年以前。雖然我們(men) 沒能親(qin) 眼目睹碰撞的過程，但可以找尋碰撞留下的痕跡。

痕跡一：被“撞彎”的形態，也叫U型或拱形結構，如（圖4）白色等高線所示，中間有被“撞彎”的缺口。

痕跡二：碰撞後的兩(liang) 分子雲(yun) 。它們(men) 速度不同，卻像鑰匙和鑰匙孔很好的“鑲嵌”在一起，如（圖4）藍色等高線和白色等高線。當然，幾兆年後碰撞的兩(liang) 分子雲(yun) 也有可能會(hui) 再次分開。

圖4 分子雲(yun) 複合體(ti) G323.18+0.15，三種不同顏色的輪廓線代表三個(ge) 子分子雲(yun) ，背景為(wei) 24微米、8微米、4.5微米的RGB三色圖

（圖片來源：新疆天文台提供）

痕跡三：碰撞相互作用區域質量大、密度高，並且已經形成了致密的大質量分子雲(yun) 團塊（核），它們(men) 滿足大質量恒星形成的條件（圖5）。

圖5 分子雲(yun) 複核體(ti) G323.18+0.15的柱密度分布圖

（圖片來源：新疆天文台提供）

痕跡四：由12CO、13CO分子譜線數據提供的分子氣體(ti) 動力學信息，我們(men) 發現碰撞區域兩(liang) 個(ge) 分子雲(yun) 的氣體(ti) 混合在一起，符合碰撞特征（圖6）。

圖6 碰撞分子雲(yun) 的形態和譜線特征

（圖片來源：新疆天文台提供）

痕跡五：分子雲(yun) G323.18+0.15中有恒星形成。通過對分子雲(yun) 引力平衡狀態的分析，G323.18+0.15的質量還不足以形成恒星，但觀測上卻已經看到了年輕恒星，這說明正是曾經的意外碰撞導致了恒星的形成。

結語

目前，通過觀測找到的“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”樣本隻有50多個(ge) 。從(cong) 已有的研究結果來看，“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”可以觸發大質量恒星的形成，也可以解釋星係中為(wei) 什麽(me) 會(hui) 存在的單個(ge) 、獨立的大質量恒星。但宇宙中“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”的概率有多大，碰撞發生的過程以及觸發大質量恒星形成的效率等問題還需要深入研究。

相信在未來，我們(men) 能夠找到更多的“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”樣本，通過不同波段、不同分辨率的觀測研究，清楚地揭示“雲(yun) 雲(yun) 碰撞”的過程。

圖7 分子雲(yun) 複合體(ti) G323.18+0.15中發生雲(yun) 雲(yun) 碰撞的簡化示意圖

（圖片來源：新疆天文台提供）

編輯：應奕可

【注：此項研究成果已正式發表於(yu) 國際天文核心期刊《天文學與(yu) 天體(ti) 物理學》（2022，A&A，663，A97）。】

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！