恒星形成

恒星的物質來源于星云。每一個星云都是恒星的搖籃，其中孕育著數百萬顆恒星。星云中重要的物質不是那些燦爛的氣體云，而是其中較暗的部分，包含很多塵埃云。恒星的形成就發生在這些塵埃云中。這些塵埃云密度很大，因此一般情況下，我們很難用一般的望遠鏡觀測到內部的一些過程。關于恒星是如何形成的這一問題成為了天文學中的一個謎。

由于恒星誕生于分子云中的致密區域，只能利用可見光以外波長的觀測。1997年的2微米全天巡天（The two MICRo All Sky Survey；2MASS??）是最早的大尺度近紅外巡天觀測，揭示了近紅外的宇宙圖像。然而即使是紅外觀測，實際上也遭遇了困難，大氣層在20微米到850微米幾乎是完全不透明的，只有在200微米和450微米有狹窄的窗口。在這范圍之外必須使用消光技術觀測。比較著名的消光觀測有數字巡天觀測（Digitized Sky Survey I；DSS)和斯隆數字巡天觀測（The Sloan Digital Sky Survey; SDSS）。除了近紅外消光之外，塵埃連續譜輻射和分子轉動躍遷輻射也可以直接探測分子云內部的結構，尤其是分子躍遷輻射光譜，可以精確的測得分子云的運動學特征（引力塌縮，外向流等）。銀河系內的分子云動力學圖景可以參考哥倫比亞大學的CO分子巡天。2004年，美國宇航局發射了斯皮策太空望遠鏡（SPitzer Space Telescope）。這是一座紅外望遠鏡，由于紅外線可以穿透厚厚的塵埃，因此斯皮策的作用就是通過觀測星云熱量散發的紅外線觀測星云內部新恒星的形成。這樣一來，我們就可以大致描繪出恒星的形成過程，從而進一步解開這個謎。

斯皮策太空望遠鏡

在產生恒星的稠密星云中，大部分氫以分子的形式存在，因此這些星云被稱為分子云。觀測表明，最冷的分子云傾向于形成低質量恒星，首先在云層內部的紅外線中觀察到，然后在云層消散時在其表面的可見光中觀察到，而通常較溫暖的巨型分子云產生各種質量的恒星。這些巨型分子云的典型密度為每立方厘米100個粒子，直徑為100光年，質量高達600萬個太陽質量，平均內部溫度為10K。分子云的質量占銀河系總質量的一半。在銀河系中，估計有6000個分子云，每個分子云的質量都超過100000太陽質量。離太陽最近的一個正在形成大質量恒星的星云是獵戶座星云，距離太陽1300光年，低質量恒星的形成大約發生在400-450光年遠的ρ Ophiuchi云系中。恒星形成的一個更緊密的地方是由致密氣體和塵埃組成的不透明云（暗云），稱為博克球狀體，以天文學家巴特博克的名字命名。這些云可以與坍[tān]塌的分子云聯合形成，也可以獨立形成。博克球狀體的直徑通常可達一光年，質量為幾個太陽質量。它們與明亮的星云或背景恒星形成對比容易被觀測到。超過一半的已知博克球狀體被發現含有新形成的恒星。大質量恒星（大于8個太陽質量）形成原恒星后會具有很強的紫外輻射，這些輻射出來的紫外光子會電離星周物質（光致離解）。由于分子云中大部分是氫原子和氫分子，所以這片電離的區域又被叫做電離氫區。

產生恒星的基本條件是氫氣、引力和漫長的時間。起初，星云中的一小塊氫氣受熱后開始升溫，進而引起星云中的其他物質開始發熱、升溫并發光。塵埃和氣體在萬有引力的作用下開始聚集，形成巨大的漩渦。在聚集并壓縮體積的過程中，由于外界對其做功，根據熱力學第一定律，被壓縮的氣體溫度會升高。

星云

經過數十萬年，星云的密度會不斷增大，并會形成盤狀漩渦，直徑超過太陽系。而位于中心的氣體，在重力的不斷擠壓下，形成具有超高密度和溫度的球體。隨著壓力不斷增大，由于旋渦物質具有的角動量，導致巨大的氣柱從中心噴射而出，噴射氣柱直徑達幾光年，它可以使物質加速，穿越無法想象的距離。而核心的部分，就是年輕的恒星。引力作用持續而強烈，氣體和灰塵顆粒被不斷吸入，并相互擠壓，產生了越來越多的熱量。未來幾十萬年的時間里，年輕的恒星經擠壓將變得更亮更熱，溫度會達到1500萬攝氏度。一些氣體原子在高溫下會發生聚變而釋放出更大的能量，經過這些聚變反應，產物會通過相互作用與氣體、塵埃等形成更加清晰的球體，一顆恒星就這樣誕生了。

噴射氣柱

在今后的數萬、數億、甚至數萬億年，它會一直發光，釋放能量。太陽就是這樣一顆數十億年源源不斷地為我們地球乃至整個太陽系提供光和熱的一顆普通、但對我們及其重要的一顆恒星。

根據恒星質量不同，它的形成機制也有些微不同。低質量恒星形成的理論得到了觀測的有力支持，即低質量恒星是由分子云中旋轉密度增加的引力坍縮形成的。由氣體和塵埃組成的旋轉云的塌縮導致吸積盤的形成，物質通過吸積盤被引導到中心原恒星上。為了維持角動量守恒，原恒星上垂直盤的軸的兩極會有物質外流。對于大質量恒星的形成機制還不了解。大質量恒星釋放出大量的輻射，這些輻射會對正在形成的物質產生反作用力。過去，人們認為這種輻射壓力可能足夠大，足以阻止大質量原恒星的吸積，并阻止質量超過幾十個太陽質量的恒星的形成。最近的理論研究表明，噴流和外流的產生清除了一個空腔，大質量原恒星的大部分輻射可以通過這個空腔逸出，而不妨礙通過圓盤和原恒星的吸積。大質量恒星可能因此能夠通過一種類似于低質量恒星形成機制的機制形成。越來越多的證據表明，至少一些大質量的原恒星確實被吸積盤所包圍。其他一些關于大質量恒星形成的理論仍有待于觀測檢驗。其中，也許最突出的是競爭吸積理論，它表明大質量的原恒星是由低質量的原恒星“播種”的，這些原恒星與其他原恒星競爭，從整個母體分子云中吸積物質，而不是僅僅從一個小的局部區域。