中科大天文系课件-42恒星的形成阶段

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1、§4.2恒星的形成阶段一个星系内的恒星约有个，最初可能是整个星系起形成的，但由于不同质量的恒星演化快慢不一样，所以同一个星系中可能不断地有恒星的消亡和新的恒星产生。1.Jeans弓I力不稳定性这一理论在研究恒星、星系的形成中都广泛应用，它是Jeans在1902年研究星系形成问题时提出的，称为Jeans判据。它指的是并不是所有的气体星云都可以形成恒星，只有满足一定条件才可以形成。对于温度、密度都不太高（即非相对论性）的气体或流体，并且不考虑磁场,设质量密度，压力三.,速度，引力势,则有下列方程组:连续性方程:动力学方程:泊松方程

2、：设无扰动（平衡状态）时const.（质量分布均匀）const.（压力分布均匀）（整体静止）并且引力的平均作用可以忽略。现设有小扰动:代入上面方程并消去零级项，可以得到如果取波的形式则可得到下述色散关系如果波数小于临界值则是虚数，就会按指数增长（或衰减）称为Jeans波长。体积内所包含的质量称为Jeans质量：其中为平均分子量。当气体的质量时，就会出现引力不稳定性，气体云由于这种不稳定性而收缩（压力的变化不足以克服引力的变化）。上述结果亦可说成，当星云的线尺度时将收缩。这个结论称为Jeans判据。1.星云的快速收缩过程星云是由

3、星际物质（密度约为-g/cm3）凝聚成团而形成的，主要成份是氢（H:^:其它）o星云可以分为电离氢云和中性氢云。电离氢云的温度在K左右，中性氢云在100K以下。由于温度低有利于凝聚，所以凝聚成恒星的星云都是中性氢云，其质量从几十个到，密度比星际物质高一个数量级，即密度为-g/cm'。此时二，但是恒星的质量一般为范围，所以星云形成的恒星，除了凝聚之外，还要有一个破碎过程OMp~IO-19g/cm■'Q〜10』"cm?+屛屛>V+*v*+W1<2^<102^0^P—10-24g/cm3Q~1g/cmr上述碎裂过程如成立，最重要的是

4、在坍缩过程中不是常数，从前面看,这要求坍缩是等温的，收缩而释放的引力能必须辐射掉。但如果星际云的坍缩过程是绝热的，则情况相反。因为对于非相对论理想气体，，，从而，由物态方程=y,即在绝热坍缩过程中，会随着密度变大而变大。等温收缩到一定程度，不透明度加大，于是开始绝热收缩。这样碎裂的］云团质量是〜，不能再小了（太小的云团也不会引起核心的核反应，不能成为恒星）。因此恒星的质量有一个下限。对质量大的星云，当中心部分停止收缩后，辐射压向外的作用更为重要。这种作用力不仅阻止星云外围物质进一步落向中心，而且还可能把它们驱散。这一效应可能解

5、释恒星质量的上限。1.星云的慢收缩过程一一原恒星阶段星云的快速收缩过程结束，就开始慢收缩。在慢收缩过程中，引力几乎和压力相等，形成所谓准流体静力学平衡状态。这一准静力学平衡演化阶段，称林忠四郎阶段（林氏阶段）。这一阶段的主要特征是对流层的发展。由表面对流层整个恒星内部对流，在对流层以下，则辐射平衡。对流层中，依靠对流传输能量。对流使得内部的能量更快地放出，因而内部温度梯度变小，温度也降低，恒星收缩，但表面温度不变，因而在整个恒星内部产生对流期间，恒星在赫罗图上沿着林氏线下降。对流的结果，使得恒星内部化学成份变得均匀。这一阶段对

6、于的恒星来说，大约是年。当中心部分又出现辐射平衡，并且辐射平衡的部分逐渐增大，表面对流层急剧变浅，温度升高，恒星在赫罗图上的演化路径向左转，向主序星演化。到达主序星的那点称为“零龄主序星”。此时的核反应开始。向左演化的阶段对应于金牛座T型星，这是一种变星，特点是：①这种变星和弥漫星云密切成协，并成集团出现；②这类变星都具有非周期的不规则光变，或者快速的光变，迭加在长期的缓慢光变上；③表面对流强，并有强烈的物质抛射。当温度达到时，热核反应（宛反应开始）。反应速度非常快。因为的含量大约只有的,所以很快就会烧光,