科學家模擬球狀星團形成過程，分子雲形成管道，為恆星注入能量

2023-04-01 05:46:25 1

在宇宙中，恆星之間的距離非常遠，留下一個巨大的真空的區域。然而，仍然會有一些恆星聚集在一起形成一個巨大的天體結構——星團。

顧名思義，星團是由恆星組成的星團，比星系小得多，但恆星密度非常高。天文學家根據形狀將星團分為球狀星團和開放星團。

根據科學家目前的觀察，銀河系中有160個球狀星團。通常我們認為球狀星團擁有最古老的恆星，其中大部分是和銀河系一起形成的，代表了銀河系最古老的歷史。

然而，最近的研究表明，我們可能對球狀星團有一些誤解，一些球狀星團也有許多年輕的恆星。更令人驚訝的是，許多球狀星團甚至可能是被銀河系吞沒的矮星系的星系核！科學家因此提出了一個問題:球狀星團是如何形成的？

(圖片說明:哈勃空望遠鏡拍攝的球狀星團的M2圖像)

由於球狀星團通常比開放星團大，科學家們一直認為球狀星團的形成需要一些特殊的環境，如極其稠密的星際塵埃等等。然而，實際觀測表明，大型星系往往有大量的球狀星團，所以球狀星團的形成應該不是那麼困難。理論和實踐的對立一直困擾著科學家。

一些科學家用計算機模擬了球狀星團的形成過程。結果表明，充足的原料確實更有利於球狀星團的形成。這裡提到的原材料是分子雲。

分子雲是一種星際雲，其中物質非常稠密，允許形成分子，分子是天體的基礎。起初，我們的太陽系來自一個星雲的崩潰。為了模擬球狀星團的外觀，科學家們模擬了銀河系中最大的分子雲，以觀察這些質量是太陽幾千萬倍的分子雲會產生什麼樣的產物。

模擬開始後，星際氣體很快就坍縮成絲狀結構。這些氣體細絲就像管道一樣，將物質輸送到中心附近的密集區域。最密集的區域有最多的恆星，這也是大質量星團形成的地方。

同時，在分子雲的邊緣，有一些較小的星團。然而，它們不能單獨存在很長時間。大約500萬年後，它們將全部融合在一起形成更大的星團。模擬顯示，最終形成的星團只有一半來自星際氣體的坍縮，而另一半來自小星團的合併。

在星團的形成過程中，一個不可忽視的因素是大質量恆星所扮演的角色。這些天體非常暴力，會把梯子踢倒。在消耗了大量原材料形成巨大的身體後，他們開始用猛烈的恆星風將周圍的物質吹走。與此同時，當一顆恆星被「點燃」時，它會迅速升高周圍的溫度，導致周圍的氣體受熱膨脹，冷時收縮。分子雲中少量較重的元素具有較好的吸熱效果，加速了這一過程。所有這些因素都會阻止恆星進一步成長。

為此，科學家們在不同的條件下進行了兩組模擬。條件之一是將模型中的重元素與我們在宇宙中觀察到的數據相匹配，也就是說，模擬當前的宇宙條件。另一個條件是將重元素的含量減少到1/10，這可以模擬相對早期的宇宙——我們知道重元素是在恆星死亡後形成的，所以早期宇宙自然包含的重元素比現在少。這也意味著，如果我們觀察宇宙深處的球狀星團，我們會發現它們比附近的球狀星團大，因為它們形成得更早。

(圖片說明:科學家模擬分子雲坍縮成團的過程，左邊是現代宇宙的數據，左邊是古代宇宙的模型)

結果表明，由重元素較多的模型產生的恆星確實比由另一個模型產生的恆星小，這符合科學家的理論，即消除重元素會加速氫和氦的膨脹，從而阻止恆星繼續增長。然而，令他們驚訝的是，這些重元素似乎並沒有發揮如此大的作用。現代宇宙模型產生的星團質量是太陽的20萬倍，而另一個模型的質量是太陽的80萬倍。兩者之間的差異只有4倍，比科學家想像的要小得多。

除了用大分子雲建模，他們也用小分子雲建模。結果也完全符合預期:形成的球狀星團相對較小。