星际介质与恒星形成

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1、天文学导论第8讲星际介质与恒星形成Odarkdarkdark.Theyallgointothedark,Thevacantinterstellarspaces,thevacantintothevacant...T.S.Eliot:EastCoker本讲内容星际介质浩瀚的宇宙空间星际尘埃星际气体星际云(HII区)云际气体分子云恒星形成分子云坍缩为原恒星原恒星演变为恒星主序恒星的性质1.1浩瀚的宇宙空间太阳体积是地球的1.3百万倍。但太阳是大约300立方光年空间内的惟一的一颗恒星银河系的其余空间（星际空间interstellarspace）充满星际介质，这里正是恒星形成、演化和结束的场所：恒星诞

2、生于星际介质生活在星际介质中消亡后把部分元素和能量回馈给星际介质与浩瀚的星系际空间intergalacticspace相比，星系自身也是拥挤聚集的星系团星际介质InterstellarMedium星际介质的组成：大约90%的原子核是氢；其余大约10%基本上是氦；更大质量的元素只占原子核数的0.1%，或约2%的质量~99%的星际介质是气体，即自由运动的原子和分子星际气体（interstellargas）极端稀薄：地球大气:2.5x1019分子/cm3真空室:1010分子/cm3星际气体:<1原子/cm3（目前宇宙平均密度~1原子/m3）1.2星际尘埃InterstellarDust星际介质中

3、大约1%质量的物质是固体颗粒，称为星际尘埃So,theInterstellarMediumisDusty!尘埃的大小：小到大分子的尺寸，大到300nm星际尘埃可吸附其它的原子和分子长成更大更重的物体星际消光InterstellarExtinction尘埃能吸收和散射光子，因此星际尘埃能有效阻光，即星际尘埃能遮挡我们的视线，称为星际消光不同波长的电磁波的星际消光程度不同：电磁波能和大小与其波长相近的物质有效相互作用微小尘埃颗粒的典型尺寸接近短波波长，因此和紫外线与蓝色可见光相互作用最强长波辐射能穿透星际尘埃，短波辐射遭受严重星际消光在可见光（和紫外波段），银河系的大部分区域由于受到尘埃的消光

4、而不可见在射电和近红外波段，透过尘埃云可见银河系中心的恒星，可获得相对比较完整的银河系图像星际红化InterstellarReddening在可见光波段，短波的蓝光比长波的红光遭遇更严重的星际消光。因此透过星际尘埃所看到的天体看起来比其真实的颜色更红（不仅仅更暗弱），即星际消光造成星际红化改正天体的消光和红化是解释天文观测最困难的部分之一，往往增加天体特征测量的不确定性星际尘埃辐射远红外光红外波段的星际消光虽不明显，但仍起重要作用如同任何固体，尘埃颗粒也发光，波长由其温度决定尘埃吸收恒星紫外和可见光而得到加热，温度在几十K至几百K，取决于吸收和辐射的平衡Wien’slaw：T=100Kdus

5、t,glowsmostat29umT~10Kcoolerdust,glowsmostat290um尘埃辐射在远红外-毫米波波段最强远红外“眼”所看到的宇宙基本上不是星光，而是尘埃的热辐射1983，IRAS(InfraredAstronomicalSatellite，NASA)首次观测远红外（至100um）辐射所看到的与以前大不同（没有恒星）MissingdataIRAS观测表明：光学波段所看到的银河系中的暗星云在远红外波段是很亮的（尘埃辐射很强）1.3星际云和云际气体星际云InterstellarClouds：大部分星际物质聚集在相对致密的区域大约一半的星际气体集中在2%的星际空间中云际气体

6、Inter-cloudgas：其它一半的星际气体散布在其余的98%星际空间中TheirpropertiesvaryfromplacetoplaceHotinmillionsK,warmofabout8,000K！Hotmeansatomsmoveaboutveryrapidly,butthegasisextremelytenuous炽热的云际气体极端炽热的云际气体大约占一半的星际空间，气体主要是被强烈的超新星爆发加热我们的太阳系生活在一个由温度为百万K的云际气体所构成的气泡中，其尺度约650光年,被300,000年前的一次超新星爆发加热ThefaintX-rayglowduelargelyt

7、oemissioncomingfromthebubbleofmillion-kelvingaswhichsurroundstheSun.亮斑是更遥远的天体，包括环绕超新星爆发所形成的炽热的高压气泡温暖的云际气体有些温暖的云际气体(H)被星光电离大约一半体积的温暖气体被电离，其余一半是被这些电离云际气体包围的中性气体发现（炽热或温暖的）星际气体的方法：恒星辐射通过星际气体时产生吸收线电离的温暖气体产生发射线：质