A csillagok születése

A csillagok születése A kép leírása LH_95.jpg. Tárgyak típusai
Csillagközi közeg
Molekuláris felhő
Bok gömb
Sötét köd
Protostar
T-típusú változó
csillag Tauri A fő szekvencia előtti
csillag Herbig csillag Ae / Be
Herbig-Haro objektum
Elméleti fogalmak
Kezdeti
tömegfunkció Gravitációs instabilitás
Kelvin-Helmholtz-mechanizmus
Köd-hipotézis
Planetáris vándorlás

A csillagok születése , vagy a csillagok kialakulását , sőt stellogenesis vagy stellogony , egy mező a kutatás az asztrofizika , ami abból áll, hogy a tanulmány a módok kialakulása csillagok és bolygórendszerek . A kialakuló csillagokat gyakran " fiatal csillagoknak  " nevezik  .

A jelenleg elfogadott, megfigyeléssel megerősített forgatókönyv szerint a csillagok csoportokban képződnek egy köd , egy gáz- és porfelhő gravitációs összehúzódásából , amely több protostelláris magra oszlik . Ezek középpontjukban csillagot alkotva összehúzódnak, míg a periférián lévő anyag boríték és egy akkrét lemez formájában található . Ez utóbbi idővel általában eltűnik , de közben bolygók is kialakulhatnak ott.

Problematikus

A csillagképzés érdekes terület, nemcsak az ott lejátszódó összetett és titokzatos jelenségek miatt, mint például az anyag felhalmozódása és kilökése vagy a röntgensugárzás , hanem azért is, mert kapcsolódik a " eredete ": megértés genezise csillagok és bolygórendszerek tanít a történelem a Naprendszer és a korai kémia során bekövetkezett megalakult a Föld és a Föld. megjelenése az élet .

Két vizsgálati módszert alkalmaznak a Naprendszer kialakulásának megértésére:

A ma megfigyelhető fiatal csillagok nagy száma és a digitális szimuláció fejlődése ellenére a fiatal csillagok még mindig sok titkot rejtenek:

A folyamat számos és összetett, és bizonyos kulcsfontosságú jelenségeket a fizikusok még nem sajátítottak el  :

Más folyamatok, jóllehet jobban érthetőek, még nem érhetők el teljes komplexitásukban a jelenlegi számítógépek számára, mint például a sugárzás átvitele , ami szükséges a vizsgált csillagok szerkezetének a megfigyelt fény tulajdonságaiból történő levezetéséhez .

Végül, a képződés legközelebbi csillagterületei tipikusan körülbelül 100 pc (~ 326  al ) távolságban helyezkednek el  , ami rendkívül megnehezíti a fiatal csillagok és közeli környezetük közvetlen megfigyelését: ezen a távolságon a Föld-Nap távolság, a csillagászati egységet , még a mai legjobb távcsövek sem oldják meg - ez 10  ív milliszekundumos (mas) szögválasztást jelent a látható és közeli infravörös sugárzás tipikus 100 mas felbontó képességével szemben  .

Történelem

A csillagképzés vizsgálata modern formájában nemrégiben készült, de a fő gondolatok a reneszánsz arisztotelészi világlátásának megkérdőjelezésére nyúlnak vissza . Többek között Tycho Brahe az 1572-es szupernóva és egy 1577-ben megjelent üstökös transzlunáris jellegének bemutatásával segített megváltoztatni az égi boltozat megváltoztathatatlanságának gondolatát , megjegyezve, hogy egy közeli tárgynak meg kell változtatnia. a helyzet az ég hátteréhez viszonyítva, attól a helytől függően, ahonnan megfigyelhető ( parallaxis jelenség ):

„Most már világos számomra, hogy az égvilágon nincsenek égi szférák . Ez utóbbiakat a szerzők azért építették, hogy megőrizzék a csak képzeletükben megjelenő látszatot, azzal a céllal, hogy lehetővé tegyék a szellem számára az égitestek mozgásának felfogását. "

- Tycho Brahe, De mundi aetheri viimeaioribus phaenomenis

De a nagy előrelépést mindenekelőtt a kihallgatás a geocentrism a Kopernikusz , Galileo és Kepler alapján, különösen a megfigyelések Tycho Brahe: a leírás a mozgás a bolygók egyszerűbbé a heliocentrikus látás, egyrészt , másrészt a Galileo megfigyeli a Jupiter műholdjait . Ettől kezdve a naprendszer kialakulása már nem teológiai, hanem tudományos kutatási tárgy lett . Descartes , az Értekezés a világ és a fény (írva a korai 1630-as években megjelent posztumusz 1664 ) által felvett Kant a 1755 ő Histoire générale de la nature et elmélet du ciel , sejtették, hogy a Nap és a bolygók azonos eredetű és egyetlen ködből képződött, amely összehúzódott volna. Belül a Nap közepén sűrítette volna a bolygókat, és a körülötte lévő ködlemezen lévő bolygókat. Laplace 1796-ban felvette és továbbfejlesztette a forgatókönyvet  : a primitív napköd ködének összehúzódásakor gyorsulni látszik a forgása , amelynek közepén egy sűrű mag körül forgó korong keletkezik. Ez a korong, miközben hűl, az instabilitások székhelye, és gyűrűkre oszlik, amelyek később alkotják a bolygókat; a szívből válik a Nap. Ez az elmélet azonban egy fő problémával áll szemben, nevezetesen azzal, hogy a szögimpulzus megőrzése megjósolja, hogy a Nap túl gyorsan forog.

A versengő hipotézis, miszerint a Buffon által a Természettudományban ( XVIII .  Század ) felvetett katasztrofális forgatókönyv bizonyos népszerűségre tesz szert a XIX .  Század végén  ; feltételezi, hogy egy csillag áthaladása a Nap közelében elszakította volna tőle a bolygókat létrehozó anyagszálat. Jeffreys vette át és formalizálta 1918-ban . Ez a hipotézis később kétségesnek bizonyult. Russell 1935-ben kimutatta, hogy a megfigyelt csillagsebességekkel való ütközés, néhány tíz km / s nagyságrendű (általában százezer kilométer per óra) nagyságrendileg nem engedheti meg, hogy elszakadjon a Naptól az anyag, amelynek megfelelő szögnyomatéka van. Spitzer ( 1939 ) szerint az anyag állítólagosan kapott szála instabil. Ezek a tanulmányok a katasztrofális forgatókönyv halálát jelentették, és visszatérést jelentettek a ködös elmélethez.

A XX .  Század közepe a köd-elmélet megerősítésével a Naprendszer, és általában a csillagképződés keletkezésének modern jövőképének kezdetét jelentette. A negyvenes, Joy felfedezett csillagok immáron egy „deviáns” viselkedés a sötét felhő a Taurus és a Coachman  : egy jellegzetes spektrális típusú hideg csillagok és a nagyon alacsony tömegű , vannak jelen vonalak emisszió , erős variációk a fényerő és a tiszta kapcsolat az abszorpciós vagy az emissziós ködökkel . Jóllehet a természetüket már az elején nem értették, a felfedezés végül gabonát őröl, megfigyelési elemeket hoz a csillagképződés megértése érdekében. Szélsőséges fiatalok hamar javasolta Ambartsumian a késő 1940-es , de kellett egy kis idő, hogy ez legyen megerősítést és elfogadott, a 1960-as . Új előrelépést tett lehetővé az infravörös detektorok haladása az 1960-as években: Mendoza ( 1966 ) ezekben a csillagokban jelentős infravörös felesleget fedezett fel, amelyet nehéz pusztán a kihalás tényével magyarázni (a sugárzás elnyelődése az előttünk álló anyag által. -Terv, amely a fény kivörösödésével nyilvánul meg); ezt a felesleget úgy értelmezték, hogy a csillagon összegyűlő protoplanetáris lemez van.

Ezt a feltételezést megerősítette az 1990-es években a megszerzéséhez a képek ezek a lemezeket a Hubble teleszkóp (optikai teleszkóp található pályára), a VLT a adaptív optika (látható és infravörös fényt teleszkóp található Chile ) és a " milliméteres interferométer Plateau de Bure (rádióteleszkóp Franciaországban található ). Az interferometrikus optika 1998 óta hagyta jóvá ezeket az eredményeket más fiatal csillagok körül, és megmérhette a tíz proto-bolygó lemez látszólagos átmérőjét. A fiatal csillagokhoz kapcsolódó egyéb struktúrákat, például a sugárhajtókat ábrázolták.

Csillagképződési forgatókönyv

A ködöktől a bolygórendszerig

Az alacsony tömegű és a közepes tömegű csillagképződés jelenlegi forgatókönyve - néhány naptömegig, vagy a csillagok túlnyomó részéig - magában foglalja a köd gravitációs összehúzódását és annak széttöredezését, amely "protosztelláris magokat" hoz létre. Ezeknek a közepén egy csillag képződik, amely a környező anyag felszaporodásával nő; egy akreciós korong és egy körülvett boríték kíséri ezt a csillagot. Az akkréciót a csillagra eső anyag jelentős részének poláris kilökő sugár formájában történő kidobása kíséri . Az akkréciós korongban a testek az úgynevezett planetesimális por összeadódásával jönnek létre. Amint elérte a kritikus tömeget, ezek a bolygóérmék viszont elkezdik összegyűjteni a környező anyagot, hogy bolygókat alkossanak. A csillag és a bolygók felszabadulása, valamint a kilökés végül kimeríti a csillag körüli anyagot: ez utóbbit "mezítelen" és bolygó rendszer veszi körül.

A csillagképződés módjai

A csillagok kialakulását általában három fő mód sematizálja:

  1. szórványos képződés kis rendszerekben, egytől néhány csillagig;
  2. tíz-száz tagú csillagcsoportokban álló formáció, mint a Bika és a Kocsis régióban  ;
  3. egy edzéscsoport óriási molekuláris felhőkben, ahol sok csillag sűrű és gravitációsan kötött rendszerben születik, mint az Orion B-ben .

Az első két mód és a harmadik közötti különbség a csillagok sűrűségéből adódik, amely valószínűleg befolyásolja a csillagképződés folyamatát és evolúciójuk első fázisait: egy sűrű halmazban nagy a valószínűsége annak, hogy hatalmas csillagok alakulnak ki egy intenzív ultraibolya mező és a szupernóva- fokozatú lökéshullám révén befolyásolhatják környezetüket , amelyek akkor is előfordulhatnak, ha az alacsony tömegű csillagok ugyanabban a klaszterben befejeződtek. Ezenkívül a fürtképzés során sokkal nagyobbak a dinamikus kölcsönhatások, amelyek a protoplanetáris lemezek megsemmisüléséhez, több rendszer létrehozásához és megsemmisüléséhez, vagy a bolygók excentrikus pályákra történő diffúziójához vezetnek.

E három mód közötti elválasztás önkényes, és a valóság inkább folytonosságot kínál a néhány csillagból álló rendszerek kialakulásától a gömbös halmazok százezreinek kialakulásáig .

Evolúció a Hertzsprung-Russell diagramban

A Hertzsprung-Russell diagram fiatal csillagai a fő szekvencia felett egy területet foglalnak el . A kis tömegű csillagok - jellemzően kevesebb, mint 0,5 naptömeg - így izoterm módon fejezik be a képződésüket, míg a nagy tömegű csillagok állandó fényerő mellett. A szolár típusú csillagok két fázist ismernek:

A fiatal csillagok ugyanolyan területet foglalnak el a Hertzsprung-Russell diagramban, mint a kifejlett csillagok . A látható és a közeli infravörös fotometriát kiegészítő megfigyelések hiányában néha lehetetlen megkülönböztetni őket ez utóbbitól.

Kis tömegű csillagok kialakulása

A csillagok túlnyomó többségének - a naptömegű vagy kisebb tömegű - kialakulása négy fázisra oszlik, amelyeket e tárgyak spektrumának tulajdonságai határoznak meg.

Kialakulásuk kezdetén a protosztárokat gáz és por (burkolatnak nevezett) környezetbe temetik, amely megakadályozza, hogy a látható fény eljuthasson hozzánk; ezek az objektumok csak azon rádióhullámok - és röntgensugarak - területén figyelhetők meg, amelyek képesek ezen a burkon átjutni ( 0. osztály ). Ezt az állapotot sötét gömbnek hívják . Amint a burkolat elvékonyodik ( I. osztály ), majd eltűnik ( II. Osztály ), az infravörös (főként az akkréciós lemezről ) és a látható (a csillagból származó) sugárzás eljut hozzánk. Amikor az akkréciós korong összezsugorodik és bolygók képződnek ott, ez az infravörös felesleg csökken ( III . Osztály ).

Ezeket a megfigyelési osztályokat statisztikailag határozzák meg, a fiatal csillagok különböző okokból képesek eltérni ezektől az osztályoktól. Például :

Nagy tömegű csillagok kialakulása

A nagy tömegű csillagok kialakulása nagyon sűrű halmazok szívében, vagy néha elszigetelten történik. Nem világos, hogyan alakul ki egy hatalmas csillag. Az elméleti modelleknek még nem sikerül megmagyarázniuk a nyolc napnál nagyobb tömegű csillagok létezését, mivel az anyag felhalmozódását ezen a tömegen túl a protosztar sugárzási nyomása miatt le kell állítani.

A fizikai modell feltételezése:

A statisztikai modell feltételezése:

Hatalmas csillagok előfordulása:

Megjegyzés: A bolygók nem figyelhetők meg a hatalmas csillagok körül, mivel a fő-bolygókorongot még a bolygók kialakulása előtt erős szél sodorta el a központi csillagtól.

Csillagnézés a formációban

A kis tömegű és a közepes tömegű (túlnyomó többségű) csillagképződés jelenlegi forgatókönyve:

Csillagképző termékek

Kezdeti tömegfüggvény

A csillagok megfigyelése közeli környezetünkben azt jelzi, hogy a legtöbb alacsony tömegű csillag, alacsonyabb, mint a Napé, míg a hatalmas csillagok ritkák. A tömeg eloszlása a csillagok képződött az úgynevezett kezdeti tömege funkciót , és ez alkotja az aktív kutatás területén az asztrofizika: megfigyelés különböző klaszterek a mi Galaxy mint valamint extragalaktikus klaszterek (különösen a Magellán felhők ) hajlamos arra, hogy azt mutatják, hogy ezt az eloszlást univerzális és követi Salpeter törvényét: a tömegek között kialakult és arányos csillagok száma .

Barna törpék

A csillagképződés nem csak csillagokat termel: egyes képződött tárgyak túl kevéssé masszívak (a Nap tömegének kevesebb mint 8% -a) ahhoz, hogy képesek legyenek atomreakciókat meggyújtani, és alacsony törésű fényük miatt barna törpéknek hívják , csak a hő a kezdeti összehúzódás által termelt.

E csillagok keletkezési módja továbbra is rejtély. A szubsztelláris tömegfüggvény a kezdeti tömegfüggvényéhez képest fordított törvényt követ, nevezetesen azt, hogy a kevésbé masszív barna törpék kevesebb számban keletkeznek, mint a masszívabb barna törpék. Ez a különbség tehát arra utal, hogy a barna törpék képződésének módja nem azonos a csillagokéval. De a csillag körül szorosan keringő barna törpék kis hányada a bolygótípus képződésének hipotézisét is érvényteleníteni látszik: valójában a bolygók "csillagukból" legfeljebb (legfeljebb) néhány tíz csillagászati ​​egységet alkotnak.

Ingyenes bolygó tömeges tárgyak

Feltételezzük a "szabad" bolygók, vagyis a bolygókhoz hasonló tömegű és jellemzőkkel bíró tárgyak kialakulását is, de ugyanúgy alakultak ki, mint a csillagok - és nem egy protoplanetáris korongban.

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (in) "  Most már teljesen világos számomra, hogy nincsenek tömör gömbök az égen, és az, hogy-már-dolgozták ki a szerzők, hogy mentse a látszat, már csak a képzelet, abból a célból, hogy lehetővé tegye az elme felfogni azt a mozgást, amelyet az égitestek nyomon követnek.  "
  1. (in) Evgeny Griv, "  Formation egy csillag és a bolygó körül egy gravitációs instabilitás lemez gáz és por  " , Planetary tér és a tudomány , Elsevier, vol.  55,2007, P.  547–568 ( összefoglaló )
  2. (in) Mark R. Krumholz, "  A nagy probléma a csillag kialakulása: A csillagkeletkezés üteme, csillag- csoportosítás, és a kezdeti tömeg funkció  " , fizika Reports , Elsevier, vol.  539,2014, P.  49-134 ( összefoglaló )
  3. (in) "  Csillagászati ​​idézetek  " a http://www.spacequotations.com oldalon
  4. Descartes 1664 , p.  279.
  5. Kant 1755 .
  6. Laplace 1796 .
  7. Leclerc 1778 .
  8. (in) Sun Jin, Tang Ge-shi és Zhang Yan-ping, "  A fényes távoli infravörös sugárzás infravörös emissziója és HR-diagramja a csillagképződés műhelyében  " , Chin. Astron. Astrophys , Elsevier, t .  22, n o  21998, P.  179-191 ( összefoglaló )
  9. (in) TN Rengarajan és YD Mayya, "  A galaxisok csillagképződési sebességsűrűségének és fényességének története  " , Adances az űrkutatásban , Elsevier, vol.  34, n o  3,2004, P.  675-678 ( összefoglaló )

Bibliográfia

A cikk írásához használt dokumentum : a cikk forrásaként használt dokumentum.

Könyvek

Magazinok

Folyóiratok

Lásd is

Kapcsolódó cikkek