恒星形成的气体自转崩塌模型
第一步:从星际分子云到初始条件的建立
首先,需要一个由气体和尘埃构成的、低温且密度相对较高的星际分子云。这片分子云通常处于某种平衡状态,但可能受到外部扰动,如附近超新星爆炸的激波、银河系旋臂的密度波挤压或分子云内部恒星形成反馈的触发。这个扰动会打破分子云的力学平衡,使其局部区域的密度超过一个临界值。
第二步:引力不稳定性与崩塌开始
当分子云中某个区域(称为云核)的密度足够高,其自身的引力作用开始压倒气体内部的热压(热运动产生的向外压力)和可能存在的磁场支撑时,该区域将变得引力不稳定。一个关键的判据是金斯不稳定性:云核的质量超过其金斯质量时,引力崩塌就会开始。崩塌一旦启动,云核将在自身引力作用下不可逆地向内收缩。
第三步:角动量问题的显现与吸积盘的形成
星际云几乎总是具有微小的净角动量(例如,来自银河系的较差自转或湍流运动)。根据角动量守恒定律,随着云核半径收缩,其自转速度会急剧增加。物质无法直接落到中心,而是会围绕中心形成一个越来越扁平的旋转结构。此时,中心区域形成一个致密的原恒星,而外围大部分物质则形成一个扁平的、旋转的原行星盘(也称为吸积盘)。这是该模型的核心特征:原始云核的角动量通过盘的形成得以储存。
第四步:吸积过程与能量释放
物质主要通过这个盘,螺旋式地向中心的原恒星坠落(吸积)。物质在吸积过程中,引力势能会转化为热能。当这些高温物质撞击原恒星表面或在内盘区域耗散能量时,会释放出大量辐射,尤其是在红外波段。同时,垂直于盘面方向,物质吸积和恒星早期强烈的磁活动可能会驱动双极性的外向流和喷流,这些喷流有助于带走系统中多余的角动量,使得吸积得以持续进行。
第五步:恒星内核点燃与主序前演化
随着吸积的进行,中心原恒星的质量和密度不断增大,核心的温度和压力持续升高。当核心温度达到约1000万开尔文,足以启动氢的核聚变反应(将氢聚变为氦)时,一颗真正的恒星便诞生了。此时,恒星内部产生的辐射压会与引力达到新的平衡,强烈的吸积过程逐渐停止,外向流减弱。这颗年轻的恒星在赫罗图上位于主序前阶段,如金牛T型星,最终在调整到稳定的氢燃烧状态后,演化到主序带上的相应位置。
总结:气体自转崩塌模型描述了星际云在引力作用下崩塌时,如何通过形成吸积盘来处理角动量问题,并通过持续的吸积和能量释放,最终形成一颗核心能进行核聚变的恒星。这是当前解释类似太阳质量恒星形成的主流理论框架。