湍流恒星形成 第一步：从星际分子云到恒星形成摇篮的初始条件 恒星诞生于星际空间中巨大而寒冷的分子云。这些分子云主要由氢气分子构成，混杂着氦气和微量的星际尘埃。云本身通常处于准平衡状态，其自身的引力有使其收缩的趋势，但内部的气体热压力以及可能存在的磁场和湍流运动则支撑着它，抵抗坍缩。 湍流 在此扮演着决定性角色：它是一种混乱、无规则的流体运动，速度场在空间和时间上随机变化。在分子云中，湍流由多种因素驱动，如超新星爆发冲击波、恒星风、银河系旋臂的引力潮汐等。这些湍流运动在云内产生了复杂的丝状结构和致密结块，为恒星形成提供了最初的“种子”。 第二步：湍流如何同时促进和阻碍恒星形成 湍流的作用具有双重性，这取决于其尺度。 促进作用（在大尺度上） ：大尺度的湍流运动会压缩气体，在分子云内形成许多局部的高密度区域，即“致密核”。这种压缩效率远高于单纯依靠引力不稳定性，能更快地创造出让引力得以主导的环境。 阻碍作用（在小尺度上） ：小尺度的湍流则表现为一种随机、混沌的运动，它会给气体带来额外的“有效压力”（类似热压力但机制不同）。这种湍流压力可以支撑气体团块，抵抗其自身的引力坍缩，从而延缓甚至阻止小质量恒星的形成。如果没有有效的耗散机制将湍动能转化为热能并辐射出去，仅靠湍流就能维持分子云长时间稳定。 第三步：从湍流主导到引力主导的转变——湍流耗散与致密核形成 关键的转变发生在湍流能量耗散之后。湍流能量会通过气体分子之间的粘性耗散以及激波（气体被剧烈压缩形成的薄层）转化为热能。由于分子云温度很低（约10开尔文），这些热能可以有效地通过分子转动能级跃迁产生的辐射（如一氧化碳的谱线）散失到太空。随着湍流能量在局部区域（如一个致密核内）的耗散，支撑气体对抗引力的湍压减弱。当这个区域的物质质量超过某个临界值（即 金斯质量 ）时，引力将最终战胜压力，该致密核开始发生失控的引力坍缩。此时，这个致密核已经与周围湍动的分子云环境相对隔离，成为一颗原恒星的前身。 第四步：湍流在吸积盘与角动量问题中的作用 坍缩的气体由于初始的微弱净旋转或湍流带来的角动量，无法直接全部落向中心点，而是在中心原恒星周围形成一个旋转的 原行星盘 。引力坍缩带来的角动量会阻碍物质进一步吸积，这就是“角动量问题”。湍流在这一阶段提供了关键的解决方案： 角动量输运 ：盘内的湍流（可能由磁旋转不稳定性等机制产生）产生了有效的粘滞作用。这种“湍流粘滞”能使盘内层物质将角动量转移给外层物质，从而允许内层物质减速并向中心的原恒星落去，促进原恒星的质量增长。 引发局部引力不稳定性 ：在盘质量较大的情况下，湍流可能促进盘物质的不均匀分布，在某些区域触发小尺度的引力不稳定性，直接形成气体团块或促进行星的形成。 第五步：湍流对恒星初始质量函数与多星系统形成的影响 湍流深刻地影响了恒星形成的结果： 初始质量函数 ：恒星形成时，会形成一个涵盖从褐矮星到大质量恒星的 质量分布 。湍流初始速度场的统计性质以及它产生的密度分布，被认为是决定这一分布（即哪些质量的恒星更常见）的关键物理因素。湍流模型能够较好地再现观测到的恒星初始质量函数。 多星系统形成 ：湍流导致的非均匀、碎裂化的坍缩，使得一个分子云核往往不是整体对称坍缩成单颗恒星，而是碎裂成多个密度峰，这些峰各自坍缩并相互绕转，从而自然地解释了为何宇宙中 双星或聚星系统 如此普遍。湍流的随机性直接导致了分离距离、质量比各不相同的多星系统。 总结来说，湍流恒星形成理论将湍流置于恒星诞生过程的中心，它既是触发分子云结构形成和致密核产生的“引擎”，又是需要被克服以允许引力坍缩的“障碍”，同时还是解决吸积盘角动量问题和决定恒星最终质量与系统构型的“调节器”。这一框架比简单的静态引力坍缩模型更符合对分子云复杂结构和恒星形成统计性质的观测。