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第62章 猎户座大星云

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θ1 A与θ1 B:一对双星系统,轨道周期约11天。它们的总质量约为太阳的30倍,亮度是太阳的10万倍。双星的引力相互作用会产生潮汐力,加热周围的物质,促进恒星形成。

θ1 D:质量约为太阳的20倍,亮度是太阳的5万倍。它的年龄约200万年,是四合星中最“年轻”的(其实四合星的年龄都很接近,约200-300万年)。

2. 四合星的作用:照亮与“搅拌”

四合星群对星云的影响主要有两点:

电离与发光:它们的紫外线辐射将星云中的氢原子电离(去掉电子),当电子与氢离子重新结合时,会释放出Hα光子(红色),这就是星云发光的原因。

触发恒星形成:四合星的强烈辐射会产生辐射压,压缩周围的气体云,促使分子云坍缩形成新的恒星。同时,它们的引力相互作用会“搅拌”星云的气体,让物质更密集,更容易形成恒星。

3. 四合星的未来:分散或合并?

四合星群的引力并不稳定——θ1 A与B是双星,θ1 C与D则在更远的轨道上运行。未来,随着恒星的演化,θ1 C可能会膨胀成超巨星,吞噬周围的恒星;或者,四合星会因引力相互作用而分散,成为独立的恒星。但无论结果如何,它们已经完成了“点燃星云”的使命。

五、结构与成分:星云里的“恒星胚胎”

猎户座大星云的结构,像一个“宇宙育婴箱”:中心是炽热的四合星群,周围是气体和尘埃组成的“孵化床”,里面包裹着无数正在形成的恒星。

1. 气体结构:氢与氦的“海洋”

星云的气体主要是分子氢(H?)和原子氢(H):

分子氢:主要集中在星云的“核心区”(如猎户座分子云1,OMC-1),是恒星形成的“原料”——分子云的密度约为每立方厘米100-1000个分子,足以克服气体压力,发生坍缩。

原子氢:分布在星云的外围,是被四合星电离的氢,发出红色的光。

2. 尘埃结构:恒星的“保护壳”

星云中的尘埃占质量的1%,主要是硅酸盐颗粒(类似于地球的岩石)和碳颗粒(类似于煤烟),大小约0.1微米(相当于头发丝的1/1000)。尘埃的作用很关键:

吸收可见光:尘埃会吸收四合星的可见光,所以在可见光下,星云的中心是暗的(称为“暗云”)。

发射红外线:尘埃吸收能量后,会在红外线波段发光——韦布望远镜的红外观测,正是通过尘埃的辐射,看到了星云深处的原恒星。

保护胚胎:尘埃会遮挡四合星的强烈辐射,为原恒星提供一个“安全”的环境,让其慢慢吸积物质。

3. 猎户座支柱:恒星的“诞生地”

猎户座大星云中最着名的结构是猎户座支柱(Pillars of Orion)——三个高约7光年的尘埃柱,位于星云的“顶部”。韦布望远镜的红外观测显示,每个支柱的底部都有一个原恒星:尘埃柱像“脐带”一样,将物质输送给原恒星,原恒星则从吸积盘中获取能量,逐渐长大。其中一个支柱里,原恒星的喷流已经形成,速度达每小时10万公里,照亮了周围的尘埃。

六、恒星形成的现场:宇宙中的“造星运动”

猎户座大星云是正在进行中的恒星形成——我们能直接观测到原恒星的吸积、喷流的产生、行星系统的形成,这是其他星云无法比拟的优势。

1. 原恒星的吸积:从分子云到恒星

恒星的形成始于一片分子云(密度较高的气体云)的坍缩。当分子云的引力超过气体压力时,它会开始收缩,中心密度增加,温度升高,形成原恒星(Protostar)。原恒星会从周围的分子云中吸积物质,形成一个吸积盘(Accretion Disk)——盘里的物质会逐渐落入原恒星,增加其质量。

猎户座大星云中的原恒星,比如IRS 43,吸积盘直径约100天文单位(相当于太阳到冥王星的距离),盘里有大量的气体和尘埃。天文学家通过射电观测发现,IRS 43的吸积率约为每年10??倍太阳质量——这意味着,它需要约100万年才能长到太阳的质量。

2. 喷流与外流:恒星的“出生礼”

当原恒星吸积物质时,一部分物质会被高速喷出,形成喷流(Jet)和外流(Outflow)。喷流是沿原恒星自转轴方向的高速气体流,速度可达每小时10-100万公里;外流则是更宽的气体流,覆盖更大的角度。

猎户座大星云中的HH 212喷流是最着名的例子:它来自一个原恒星,喷流长度约10光年,速度达每小时10万公里。喷流与周围的分子云碰撞,产生激波,加热气体,使其发出光芒。这种“喷流现象”是恒星形成的标志——它说明原恒星正在“清理”周围的物质,为未来的主序星生涯做准备。

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