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恒星的形成与演化
一、恒星的形成
恒星是茫茫宇宙中除太阳、月亮和少数行星之外最引人注目的天体．早在上古时代，人们就对恒星充满了好奇与幻想，中外都流行着非常动人的神话传说．然而，直到望远镜出现后，人们才对恒星有了最基本的认识，了解到恒星在天空中并不是恒定不变的．到了20世纪初，爱因斯坦发表了著名的质能关系，人们对原子核反应所产生的巨大能量逐步认识，知道了恒星能量的来源，才渐渐认识到恒星本身也有生命周期，它们像人一样会出生、生长、老去直至死亡．然而，恒星的出生在相当长的时间里还是个谜，直到20世纪60年代，天文学家在星际空间发现了分子气体，以及嵌埋其中的低温原恒星(protostar)，才对恒星的出生场所及过程有了最初步的了解．
经过40年的研究，天文学家对恒星的出生过程有了相当充分的理解，特别对小质量恒星而言更是如此．现在已经很清楚，恒星是在以分子气体为主的星际分子云中生成的，由于分子云自身的引力作用，开始自身的塌缩并形成所谓的年轻星天体(youngstellarobjects)，这些年轻星天体经过快速演化最终形成恒星．为了对恒星进行分类，天文学家将小于太阳质量3倍的恒星称为小质量星，3—8倍的称为中等质量星，而大于8倍太阳质量的则称为大质量星．这一分类并不仅仅是表象的不同，事实上它代表了不同类型的恒星形成时不同的物理过程．
(一)小质量恒星形成的理论与观测
一般认为，恒星是通过分子云核(molecularcore)的塌缩而形成的．在银河系内，存在一类由分子气体组成的天体，由于它们呈弥散的云雾状形态，因此被称为分子云(molecularcloud)，其总质量约占银河系可视物质质量的1％，其温度很低，大约为10K．分子云在星际空间缓慢演化，在某些局部形成密度相对较高的区域，被称为分子云核．随着分子云核的进一步演化，其内部的热运动压力不能再抵御自身的引力，便开始了所谓引力塌缩，最终形成恒星．根据研究，从分子云核演化成一颗恒星经过了以下4个阶段：
(1)云核阶段：分子云核内气体运动压力、磁压、引力及外部压力处于基本平衡状态，云核缓慢收缩，温度开始缓慢上升，形成热分子云核；
(2)主塌缩阶段：当分子云核的内部压力不能抵抗自身引力时，就开始了塌缩．由于云核中心密度较高，塌缩区域最初位于中心，并以当地声速向外扩张，这就构成“先内后外”的塌缩(inside—outco1．1apse)．塌缩形成一个致密的核心，巨大的引力能使中心温度迅速升高．由于云核的自转，外部物质不会直接落到核心，而是在核心周围形成一个致密的盘状结构，称为吸积盘(accretiondisk)；
(3)主吸积阶段：由于角动量及磁通量守恒原理，最终成为恒星组成部分的物质并不能直接落到中心星上，而是落在吸积盘上，吸积盘通过一系列复杂的过程，将多余的角动量向外传递，使中心星的质量得以继续增加，因此，吸积盘在恒星形成活动中起了至关重要的作用．在此期间，为了释放角动量，系统还通过目前尚不可知的机制向两极方向抛射物质，形成质量外流(outflow)．恒星的大部分质量都是通过吸积获得的，巨大的引力能使中心星的温度急剧上升，从而点燃了星中心区域的氘．
(4)残余物质驱散阶段：质量外流在这一阶段继续存在，外流与星风的作用使恒星形成的残余物质远离中心星，星周物质以及盘物质变得稀薄，外流的开口张角渐渐变大．中心星仍然从盘中吸积物质但其速率已经很小，中心星的质量不会再有实质性的增长，更多的是准静态收缩．中心星的核心部分这时可能已经开始了氢燃烧，外部出现了对流层．当这一阶段结束时，我们就可以在宇宙空间看见一颗性质不同的恒星，被称为主序星．
以上4个阶段为小质量恒星形成理论所预言而在观测上都得到了证实．在观测上，天文学家利用不同波段的观测发现了4类年轻星天体，其能谱特征基本符合上述4个阶段．他们还发现了围绕小质量年轻星天体的吸积盘，以及伴随恒星形成活动的质量外流．质量外流在电磁波的各个波段都有表现，如射电波段的分子外流及喷流，红外波段的喷流，以及光学波段的赫比格一哈罗天体(Hebig—Haroobject)．光学和红外光谱观测还发现了年轻星天体的质量吸积特征，有几项射电波段的观测声称找到了分子云核的塌缩特征，虽然这些观测还需要进一步的证实．
总之，虽然在一些细节上还有待证实，小质量星的形成之迷已经为天文学家所揭示，由此发展的小质量星形成理论被认为是正确的．
(二)大质量星形成理论与观测
大质量星能否像小质量星那样，通过塌缩和吸积而成?这是一个很自然的想法．但在经典的理论模型计算中，如果使用与小质量星相同的模型参数则当年轻星的质量大于太阳的10倍时，它所释放的光子光压足以抵御自身的引力，使得吸积盘中的物质所受的净力方向向外，从而停止吸积过程，中心星的质量不再继续增加．这意味着恒星的最大质量为10