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具有不同质量恒星的形成

不同质量的恒星在形成过程 中，在H-R图上沿不同的路 径演化。 小质量原恒星内部对流发展 充分，温差小，收缩时表面 温度几乎不变；大质量原恒 星对流层浅，温度变低。 质量越高的恒星，其原恒星 演化到主序的时间越短，在 主序上的位置越高。 0.2 109 1.0 3×107 5.0 7×106 15.0 6×104
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EVIDENCE OF CLOUD CONTRACTION
The M20 region shows observational evidence for three broad phases in the birth of a star: (1) the parent cloud (stage 1), (2) a contracting fragment (between stages 1 and 2), and (3) the emission nebula (M20 itself) resulting from the formation of one or more massive stars (stages 6 and 7)
evolution): 原恒星向主序演化为主序 前星，但内部温度还没有升高到H点火 温度
阶段 观测天体 4 5
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核心温 度 (K) 106 5×106
表面温 核心密度 (cm-3) 度 (K) 3000 4000 1018 1022
直径 (cm) 1013 1012
持续时 间 (yr) 106 107
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Differences between brown dwarfs and planets

Planets are smaller and lighter Planets have a solid core They are formed in a complete different way
104 100
核心密度 (cm-3)
1012
直径 (cm)
1015
持续时 间 (yr)
105
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4. 形成原恒星(protostar) : 星
云快速收缩过程结束，引力几乎和气体 压力相等。恒星已经变得不透明，辐射 只能从表面逸出，中心温度迅速升高。
5.原恒星演化(protostellar
Magnetism can hinder the contraction of a gas cloud, especially in directions perpendicular to the magnetic field (solid lines). Frames (a), (b), and (c) trace the evolution of a slowly contracting interstellar cloud having some magnetism.
xkong@ 2



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早期
大爆炸
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第一代 结构
xkong@
现在
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大爆炸宇宙学

宇宙的极早期，宇宙的温度和密度都极高 温度不断下降，宇宙辐射为主物质为主 气体逐渐凝聚成气云，然后有恒星、星系

恒星形成理论

星际气体怎么会形 成光辉夺目的恒星 呢？
引力！

引力为天体和整个宇宙动力学的支配者
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xkong@
5
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恒星形成理论: 弥漫学说
散布于空间弥漫物质在引力作用下凝聚为恒星



宇宙空间存在着大量的星际物质: 原子/分子/尘埃 由于星际物质密度的不均匀性，形成了一些密度较大区域 星际物质受到引力的作用，便聚集到这些区域，形成星云 星云不断收缩，势能转换为恒星内部热能和向外的辐射能 星云温度不断提高，并向外辐射能量，从而形成原始恒星
第三章 恒星的形成与演化
1. 2. 3. 4. 5. 6.
恒星形成 恒星结构 元素合成 恒星演化 超 新 星 密近双星
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1
恒星形成

Studying this chapter will enable you to:

Discuss the factors that compete against gravity in the process of star formation.
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初始质量函数(Initial Mass Function)


Generally more low-mass than high-mass stars form when an interstellar cloud fragments. The stellar initial mass function (IMF) describes the probability of a star forming with a particular mass.
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原恒星质量 (M⊙) 原恒星演化时间 (yr)
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Formation of Massive Stars and Clusters



Massive stars have masses that are much larger than the Jeans mass in the cloud cores where they form. The large cloud cores might contain many small bound clumps. These cores might form groups or clusters of stars.
不同类型的恒星

规模较小的星云形成一个孤立的恒星, 大的星云由于密度不均匀,其中有几个质量中心,因而形 成双星、聚星或星团。 质量非常小的星云,不能收缩成为恒星
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金斯（Jeans）不稳定性

由万有引力产生的一种不稳定性， 因金斯在20世纪初最先研究而得 名 对于一个如星云的自引力体系， 当星云的质量足够高时，(向内的) 引力超过由热运动和湍动产生的 (向外的)压力，将引起星云的收 缩
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演化轨迹：
each for a
fixed mass
at different times
等年龄线：
each for a
fixed time
and different masses
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类太阳质量恒星的形成
星云的快速收缩过程(密度小，辐射透明，等温收缩)
1. 星际云 (interstellar cloud):星际云坍缩，
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EVIDENCE OF CLOUD FRAGMENTS
Orion
(a) Orion (b) enlarged. The three frames at right show some of the evidence for those protostars. (c) some intensely emitting molecular sites. (d) visible image of embedded nebular "knots" thought to harbor protostars. (e) several young stars surrounded by disks of gas and dust where planets might ultimately form.


3 M J 1.2 10 M 2 24 3 100K 10 gcm
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星云不稳定的极限质量称为金斯 32 (Jeans)质量： T 5
James Jeans 1877 - 1946
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原恒星 主序前星
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6. 零龄主序 (zero-age mainsequence stars) :恒星热核反应 (H燃烧)开始进行，成为零龄主序 恒星。光度约为现在太阳光度的 2/3。
7. 主序星 (main-sequence
stars) :恒星略微收缩，完全达到 流体静力学平衡，成为正常恒星.
(m) m
(1x )
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恒星形成理论的观测证据
The evolutionary stages described are derived from numerical experiments performed on computers.
NGC 3603
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xkong@
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褐矮星 (Brown Dwarfs)

Masses < 0.08 M⊙(10MJ- 84 MJ) Central Te<3 million K Surface temperature ~ 1000 K
TWA 5 and its brown dwarf companion in Infrared (left) and in X-ray (right).
并分裂成小云块(密度上升，金斯质量减小)
2. 星云块 (cloud fragments):星云仍十分稀薄，
热量可以不受阻碍地散逸，星云内的温度没有明显上升
阶段 观测天体 核心温 表面温 核心密度 度 (K) 度 (K) (cm-3) 1 2