中层:是温分子云(温度约100-300K),由电离的氢(H)和原子氦组成,是冷分子云向恒星形成区过渡的区域。
顶层:是电离区(温度约10?K),由四合星的紫外线辐射电离的气体组成,也就是我们肉眼看到的猎户座大星云——它的红色来自Hα发射线,蓝色来自[OIII]禁线。
2. OMC的“邻居”:M43与NGC 1977
OMC里还有两个着名的“配角”:
M43(NGC 1982):位于M42西侧,是一个较小的发射星云,直径约5光年。它的形成与M42共享同一个分子云核心,只是因为距离四合星更远,电离程度更低,所以看起来更暗。
NGC 1977(“奔跑的男孩星云”):位于M42北侧,是一个反射星云(反射周围恒星的光),直径约10光年。它的亮度来自附近的年轻恒星,尘埃颗粒反射蓝光,所以呈现淡蓝色。
这些“邻居”与M42共同构成了OMC的“恒星形成网络”——它们的气体和尘埃相互连通,恒星形成活动互相影响。比如,M42的四合星风会吹向M43,压缩那里的分子云,促进新的恒星形成。
二、动力学演化:引力与辐射的“拔河赛”
猎户座大星云的演化,本质上是引力与辐射压的博弈:引力试图让分子云坍缩形成恒星,辐射压则试图将气体吹散。这场“拔河赛”的结果,决定了星云的形状、恒星形成效率,以及最终的命运。
1. 初始条件:分子云的“金斯不稳定性”
恒星形成的第一步,是分子云的坍缩——当分子云的质量超过“金斯质量”(Jeans Mass)时,引力会超过气体压力,导致云团收缩。金斯质量的公式是:
M_J = \sqrt{\frac{5kT}{G\mu m_H}} \times L^{3/2}
其中,k是玻尔兹曼常数,T是温度,G是引力常数,\mu是平均分子质量,m_H是氢原子质量,L是云团的大小。
对于猎户座大星云的分子云核心(温度约15K,大小约1光年),金斯质量约为103倍太阳质量——而核心的实际质量约为10?倍太阳质量,远超过金斯质量。因此,分子云会不可避免地坍缩,分裂成更小的团块,每个团块形成一颗原恒星。
2. 坍缩过程:“分层吸积”与“磁制动”
分子云的坍缩不是“一蹴而就”的,而是分层进行的:
第一层:最外层的分子云先坍缩,形成一个“壳层”,阻止内部物质散热,让核心温度快速升高。
第二层:核心区域的分子云继续坍缩,形成“原恒星胚胎”,并围绕它形成吸积盘——盘里的物质沿螺旋轨道落入原恒星,增加其质量。
第三层:原恒星的磁场会“制动”吸积盘的旋转(磁制动),将角动量转移出去,让物质更容易落入原恒星。
韦布望远镜的红外观测显示,猎户座大星云中的IRS 63原恒星(年龄约50万年)正处于这个阶段:它的吸积盘直径约200天文单位,磁场强度约为太阳的100倍,正在通过磁制动将物质输送到核心。
3. 辐射压的“雕刻”:四合星的“塑形术”
当原恒星成长到一定质量(约0.1倍太阳质量),它的紫外线辐射会开始影响周围的星云:
电离辐射:将周围的气体电离,形成“电离前沿”——这个前沿以约10公里/秒的速度向星云外围推进,将中性气体转化为等离子体。
恒星风:四合星的恒星风(速度达1000公里/秒)会吹散周围的气体,形成“气泡”结构——比如,四合星周围有一个直径约10光年的“电离气泡”,里面是高温等离子体,边缘是冷的分子云。
这种“辐射压+恒星风”的组合,像一把“宇宙雕刻刀”,将星云雕刻成我们看到的“纤维状结构”和“暗腔”——猎户座大星云的“翅膀”(两侧的纤维结构)就是被四合星风吹出来的。
三、与周围环境的互动:“邻居”如何影响星云?
猎户座大星云不是“孤立演化”的,它与周围的星云、恒星和星际介质密切互动,这种互动塑造了它的形态,也影响了恒星形成的效率。
1. 与M43的“物质交换”
M43与M42共享同一个分子云核心,两者的气体通过引力潮汐力相互流动。当M42的四合星风压缩M43的气体时,M43的分子云会向M42输送物质——天文学家通过射电观测发现,M43的气体密度在靠近M42的区域增加了30%,说明两者之间存在“物质交换”。
这种交换促进了双方的恒星形成:M42的四合星风压缩M43的分子云,让M43的恒星形成效率提高了2倍;而M43的物质输送到M42,让M42的分子云质量保持稳定。
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