恒星是怎样诞生的

星星怎样出世，星星怎样去世。

（1958 年德国自然科学家与医生学会举办的一次悬赏征文竞赛收到的一篇得奖论文题头词）

从幼年开始的氢聚变直到老年的恒星演变，我们已经讲了一遍。那么在此之前又是什么呢？恒星的一生经历是这样的，那么恒星又从何而来呢？它们是由什么东西组成，是怎样产生的呢？既然恒星的寿命有限，那么它们的形成只能发生在有限的年代以前。有什么办法可以使我们了解这种过程呢？我们有没有看见天上某处恒星正在形成？我们就是它们诞生的见证人吗？千亿个恒星组成了我们银河系扁盘，我们能在某些位置发现恒星起源的线索吗？

恒星现在还在诞生

这种线索在我们已有的知识中就能找到。我们知道，大质量恒星，也就是那些质量等于和超过太阳的 10 倍的恒星，衰老得很快。它们大量挥霍氢原料，在主序上呆不长久。所以不论什么时候我们只要看到一颗大质量主序星，就知道它一定还没有衰老。识别它的一个标志是它本身的光度强；由于它的表面温度高，它的光呈蓝色。蓝色高光度星就是这样还在年轻时期的恒星，它们的年龄可能还不到 100 万年，和已发光几十亿年的太阳相比，这种星的确是年轻。那么想寻找宇宙中不久前产生恒星的所在， 就不如以蓝色高光度主序星为向导。人们在哪里能找到它们，哪里就刚刚产生过恒星，甚至有可能现在还在形成恒星。

人们在天上发现了整窝整窝的蓝色高光度星。这种现象有什么特色？ 它们是在为我们提供恒星如何诞生的线索吗？多数情况下人们看到的那些所在有大量气体和尘埃物质集聚在恒星之间。猎户星云就是这样的所在之一（见图 12-1）。埋在其中的有一批年龄不超过 100 万年的蓝色强光度恒星。在人马星座有许多年轻恒星隐藏在一片厚尘云背后，直到汉斯·埃

文台用波长较长的红外光去观测，才能穿透尘埃物质拍得照片，对这些新生恒星进行研究。

我们已经知道，星际空间不是空的，而是充满了气体和尘埃物质。这种气体的密度约为每立方厘米一个氢原子，而温度在-170 摄氏度附近。星际尘埃只有-260 摄氏度，这里要冷得多，但是年轻恒星所在处的星际物质

并不是这样的。黑暗的尘云遮住了背后的星光。气体云密度达每立方厘米若干万原子，受附近年轻恒星的加热，温度高达 10000 度而发光。甲酸和乙醇之类的复杂分子以特定波长发出射电辐射。星际物质在这些区域的集中使人猜想恒星是由星际气体形成的。

英国天体物理学家，和爱丁顿同时代的詹姆斯·金斯(James Jeans)所提出的一种论证也支持这种想法。让我们来设想，空间充满了星际气体，每个原子对其他原子都有引力作用，使气体产生紧缩倾向。通常是气体压力使气体免于坍缩。如同恒星内部也是引力和气体压力相互平衡那样，这里的平衡是完全类似的一种局面。如果现在我们来取一定量的星际气体，并假想把它稍加压缩，那么原子与原子相互靠近，引力增大。但同时气体压力也变大， 通常比引力的增长更厉害，使得被我们所压缩的气体又膨胀起来而恢复原 状。人们常说：星际气体是稳定的。可是金斯发现，这种稳定性并不那么牢靠。只要同时压缩充分数量的物质，引力就比气体压力增长得更快，气体云就缩小下去。这种倾向只要一开头，本身引力就促使巨量物质的密度同时升高。大约 10000 倍太阳质量的星际物质一起变成不稳定的。也许这就是为什么人们总是只看到年轻星成批出现的原因。是的，它们总是一下子一大批地降生。在 10000 倍太阳质量的星际气体与尘埃物质愈来愈迅猛地坍缩的过程中，部分气体可能会形成较小的云团，它们的密度也分别增大。后来，每个云团各自变成一颗恒星。

计算机表演恒星的诞生

1969 年，一位年轻的加拿大天体物理学家理查德·B·拉森(Richard B.Larson)在他的加州理工学院博士论文中写出了这种变化过程。他的这篇论文后来成为现代天体物理学文献中的一件标准作品。拉森研究了由星际物质形成一颗单独恒星的过程。 拉森设想有一团球状星云的质量和太阳的质量正好相等，他用了一种在当时的条件下尽可能最合理地反映一团气体云坍缩的计算程序探索了它的变化。他的研究起点不是星际物质，而是密度已经大增的一个云团，相当于大规模坍缩物质中的一粒碎屑。因此，可以说这种云团的密度早已超过了星际物质：每立方厘米已达 60000 个氢原子。拉森

初始云团的直径大致为其后将由这团物质形成的太阳半径的 500 万倍。接下

来的过程是发生在一段天体物理上来说极短暂的时间中，也就是 500000 年内。

这团气体最初是透光的：每粒尘埃不断发出光和热，这种辐射一点也不受周围气体的牵制，而是畅行无阻地传到外空。这种透光的初始模型也就决定了气体球团的今后演变。气体以自由落体的方式落到中心去，于是物质在中心区积聚起来。本来质量均匀分布的一团物质，这时变成越往里密度愈大的气体球（参阅图 12-2）。这样一来，中心附近的重力加速度愈来愈大，内

部区域物质的运动速度的增长表现得最为突出。开始时几乎所有的氢都结合成氢分子：一对对氢原子彼此结成分子。最初气体的温度很低，总也不见升高，这是因为它仍然太稀薄，一切辐射都能往外穿透而溃缩着的气体球受到的加热作用并不显著。要经过几十万年后，中心区的密度才会变大到使那里的气体对于辐射变得不透明，而在此以前的辐射一直在消耗热量。这么一来，气体球内部的一个小核心就要升温。后者的直径只有那个始终充满向中心下落物质的原气体球的 1/250。随着温度的上升，压力也就变大，终于使坍缩过程停了下来。这个特密中心区的半径和木星轨道半径差不多，而它所含的质量只及整个坍缩过程中涉及的全部物质的 0.5%。物质不断落到内部小核心上，它所带来的能量在物质撞到核心上的时候又成为辐射而放出。同时核心在缩小，并变得愈来愈热。

这种过程一直要进行下去，直到温度达到大约 2000 度为止。这时氢分子开始分解，重新变成原子。这种变化对核心的影响很大。于是，核心再度收缩，到收缩时释放出的能量把全部的氢都重新变为原子。这样，新产生的核心只比今天的太阳稍大一点。不断向中心跌下的全部外围物质最终都要落到这个核心上，一颗质量和太阳一样的恒星就要由此形成。再往后的演变中，起主导作用的实际上只有这个核心了。

图 12-1 所示为猎户星座的发光星云。在一个直径大约 15 光年的空间

范围里所包含的是浓缩的星际气体，那里的物质密度达每立方厘米 10000 个氢原子。虽然对星际物质来说这是非常高的密度，但猎户星云中的气体比地球上所能制造的最好真空还要稀薄得多。发光气体的总质量估计为太阳的 700 倍。星云中的气体是受到一批蓝色高光度星的激发而发光的。可

以肯定，猎户星云中有诞生才 100 万年的恒星。在这个星云中所找到的浓缩区使我们可以推断，这些区域目前还在产生恒星。今天我们所看到的这个气体星云的光大约还是日耳曼人民族大迁移①的年代里所发出来的。

因为这样的核心是在逐渐转变为恒星的，人们称之为“原恒星”。它的辐射消耗主要由下落到它上面的物质的能量来补充。密度和温度在升高，原子在丢失它们的外层电子，人们称它们为电离原子。由于落下的气体和尘埃形成了厚厚的外壳包住了它，使它的可见光不能穿透出来，人们从外面还看不到多少内幕。原恒星从内部照亮外壳。要到愈来愈多的下落物质都已经和核心联成一体时，外壳才会变成透光，星体就以可见光突然涌现出来。其余的云团物质还在不断向它落下，它的密度在增大，因而内部温度也往上升，直至中心温度达到 1000 万度而开始氢聚变。到了这个时候，原来那个质量和太阳相等的坍缩云团就变成了一颗完全正常的主序星：原始太阳，再往后的发展我们已经在本书前面讲过了。

① 原书用“民族大迁移”对德国等国读者合适，这里为了我国读者方便而加了“日耳曼人”。此事发生在

4—8 世纪；可见“简明德汉词典”（广东人民出版社，1979）中 V■lkerwanderung 一词——译者注。

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在原恒星时期行将结束，尚未达到主序之前，能量就以对流的方式传送。在登上主序，成为原始太阳之前，太阳物质再一次发生大混和。这样一来，第 5 章里讲到的太阳的锂含量问题也就可以彻底解决。在混和过程中，这种容易破坏的元素的原子就会往内流入更高温区域，它们等不到星体变成主序星，就会发生图 5-3 所示的核反应而变成氦原子。

自然界中恒星的诞生

拉森的计算就讲到这里，这套计算包含了用计算机求解问题必须提出的所有各条理想化假设。那么这里所讲的演变对不对呢？它不仅是计算机表演，而且在自然界也真的发生吗？那么回到天上那些恒星还在诞生的所在地，回去看看那些蓝色强光度的年轻恒星吧！让我们在那里寻找恒星起源的痕迹，查访拉森计算所揭示的天体。

蓝色强光度恒星非常热，它们的表面温度达 35000 度左右。因此它们发出的辐射能量非常大。它们的光量子能夺走星际物质中氢原子的电子， 只剩下带正电的原子核也就是电离氢。强光度、大质量恒星使附近的气体物质电离。电离氢原子捕获电子时发出辐射，这样所产生的亮光使我们银河系中这些电离氢区引起人们的注意。它们的热辐射也可以用射电天文仪器测出来。

射电观测有个优点，就是不受吸光尘埃物质的影响。在天上，星际物质受强光度、大质量恒星激发而放光的最漂亮实例还得数猎户座星云（见图 12-1）。那里有没有和拉森的计算结果相关联的对象呢？人们应该去寻找什么？原恒星大部分时间被缓慢地落向它自身的尘埃外壳所遮盖。外壳上的尘埃物质吸收来自核心的辐射而获得能量，升温几百度，发出和这种温度状态相应的辐射。要找出这种热辐射，人们应当致力于红外波段的研究。

1967 年，帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的埃里克·贝克林(Eric Becklin)和格里·诺伊格鲍尔(GerrgNeugebauer)在猎户座星云中发现了一颗红外星，它的本身光度约为太阳的 1000 倍，辐射温度为 700 度。它

的直径也许有太阳直径的 1000 倍左右。这可算得上是一颗原恒星的气体尘埃外壳模样了。近些年来人们愈来愈清楚地了解到，在银河系中产生恒星的场所，不仅有红外源而且还有射电波段致密辐射源。波恩的射电天文学家彼得·梅茨格尔(PeterMezger)和他的合作研究人员就曾在猎户星云中发现一批氢元素高度密集的区域。这些区域在发出特强的射电辐射，其中每立方厘米所包含的由氢原子中脱离出来的自由电子数比附近的一般猎户星云物质大致要多百倍。这种天体比起整个猎户星云来是非常微小的，据估计，其大小约相当于太阳直径的 500000 倍，也就是大约为拉森

模型中落向核心的云团大小的 1/4。

人们在猎户星云区还发现了直径很小的，发出分子辐射，特别是水分子辐射的天体。这些分子的辐射处在射电波段，可以用射电望远镜观测到。它们也都处在很小的空间范围中，甚至只有太阳直径的 1000 倍。值得注意的是，拉森云团的初始直径有太阳半径的几百万倍！分子的射电辐射应该是来自核心区域。

不过，在解释这个问题时还应认真谨慎。能够肯定的答案是，人们在猎户星云区观测到了由高度密集的气体和尘埃所成的天体，尽管它们在可见光波段并不引入注目，但其情况正好和拉森云团所应有的一样。

不过，还有其他的论据支持这种密集物质射电源兼红外源就是原恒星的想法。不久前，在我们这个研究所里有一个以奥地利天文学家维尔讷·恰努特为主的小组，改进了方法，重复了拉森的计算。这些学者还计算了红外波段中辐射强度随波长的分布，所得结果和观测相符，人们似乎真的观测到了计算机所模拟的原恒星。

既然我们对恒星起源的推测胜利在望，人们会问，是不是银河系中千亿恒星的起源全都可以这样来解释。图 12-3 概括地画出了我们这个恒星系统的结构。银河系圆盘并不包括一切恒星。最老的星散布在一个几乎是球状的空间范围里，叫做银晕。由其中的球状星团的赫罗图可以推知银晕恒星已届老年，它们的化学成分比起太阳来，重于氦的元素含量较少，往往还不及太阳的 1/10。比较年轻的恒星全都位于银河系圆盘即银盘中，它们的物质包含重元素较多。重于氦的元素，即使在银盘恒星中也只占极少的百分比，然而它却为我们探明银河系的演变史提供了重要的线索。氢和氦从宇宙之始就已经存在，在某种意义上可以说是上帝安排的。重元素则肯定是后来在恒星中以及超新星爆发过程中产生的。可见银晕恒星和银盘恒星的化学成分差异和恒星中的核反应情况有关。

在银河系刚形成之时或其后不久，银晕恒星便由几乎不包含重元素的物质中诞生出来。其中的大质量星演化得最快，它们所产生的超新星使星际气体沾染了重元素。可是这一代恒星中的小质量却演化得非常缓慢，以至它们的外层物质（以及它们之中的大多数星的中心区域）当前仍不包含重元素。在银晕恒星已经形成，其中质量较大的已经爆炸后，新一代恒星又从新增重元素的星际气体中产生出来。这些恒星诞生在银晕恒星之后， 相对年轻，而它们的外层物质比银晕恒星的大气所包含重元素的比例要 高。这就是为什么银河系中老一代恒星包含重元素比年轻一代恒星要少的原因。最新一代恒星的外层重元素含量最高，这是因为孕育它们的星际物质在银河系的演变史中经历了以前所有各代恒星所造成的沾染。

那么，为什么含重元素贫乏的年老恒星出现在银晕中，而含重元素丰富的恒星则出现在银盘中呢？当前，人们相信自己对银河系结构的规律是了解的。为此我们要重温一下学生时代的一章物理课内容。

角动量和坍缩云

几条“守恒定律”大大简化了人们对物理世界的描述。在日常生活中人们反复不断地运用着这些定律而并不自觉。我们都记得在中学里所学过的质量守恒定律和能量守恒定律。这两条定律我们天天在用。我们大家都知道一个生动的应用实例。一位花样滑冰女运动员以脚尖着地旋转时，起先她伸展双臂转得很慢；当她收拢双臂时，不需外力之助就转得快了起来。这就是角动量守恒的结果。从冰上舞蹈家转而考虑一团自转云，虽然优美度稍逊，却是条理清楚。这个云团可能 1000 万年自转 1 周。当它坍缩到直径为原来的 1/10 时，它的自转就加快百倍，也就是自转一周只要10 万年。再小下去，转得还要更快。粗略地说，一团近似地取为球状的星际云在坍缩过程中，单位时间内的转数和表面积相乘等于常数，即云团愈小转得愈快。

但是离心力也就愈来愈大，在自转云赤道区它和引力对抗，使坍缩着的云团变成扁形。这不仅影响单独恒星的诞生，而且也和银河系的起源有关。

探查银河系的演变史

银河系从何而生，我们还不知道。在宇宙初期就产生并向各方飞散的物质中，一定是在某个时候形成了一个质量约为太阳的千亿倍的分立云 团，而且后来密度变得更大。这团由湍动物质逐步成形的气体和一切物质一样，同时也产生了自转运动。它慢慢坍缩，密度变大到足以产生一批次级云团，而后者又分裂成更小的，密度继续增高的许多气体云。最早的恒星诞生了。它们只包含氢和氦，以质子-质子反应进行氢聚变。但是要不了多久，其中质量最大的那些星的核燃料就会耗尽，成为超新星而爆散， 大量气体物质中从此新添了比氦更重的元素。因为这一切都发生在整个原始银河系云团还几乎是球形的时期[见图 12-4(a)]，所以银河系中最老的恒星和极老的星团都处在银晕中。早在银河系呈现圆盘形以前，远在太阳诞生以前，银晕恒星就已出世了。重元素在这些星中还只是相当稀少的杂质。

但是演变在继续推进。星际气体中的重元素不断增多，并且沉积在已经演化恒星所抛出的凝聚核上而形成尘埃颗粒。不久以后，自转运动明显了，密度继续增大的气体尘埃物质撇开球状银晕中那些早已诞生的恒星和星团而渐渐形成一个愈来愈扁的东西[参看图 12-4(c)]。于是新生恒星的场所只剩下这个愈来愈扁的透镜状区域，而形成它们的物质的重元素含量愈来愈丰富。当最近期恒星终于在银盘中诞生出来时，大部分星际气体已

经耗尽。恒星起源的第一阶段结束了。

奥林·J·埃根(Olin J.Eggen)、唐纳德·林登-贝尔(DonaldLynden-Bell)和艾伦·R·桑德奇 1962 年在美国加利福尼亚州帕萨迪纳提出了关于银河

系如何形成的宏伟总体图。从那时以来虽然已经过去了 20 多年，但是它对人们的吸引力和当年相比仍然毫不逊色，因为它能够说明银河系的主要特点：最老的恒星位于球对称形状的银晕中，重元素贫乏；最年轻的恒星目前诞生在一个薄盘中，因为只有那里还有星际气体。

我们所处的这一恒星系统之所以成为一个圆盘，是由于孕育银河系的云团始终包含角动量。我们看到天上有一条银河，也要归因于这种角动量。

恒星的形成是什么引起的

当前，是什么原因使星际物质在银盘内某些场所密聚而形成恒星？为什么银河系中别处没有恒星诞生？从宇宙空间远处看来，银河系有点像仙女座星云：旋涡结构明显的一个扁盘（见图 0-1）。别的恒星系统中有的旋涡结构比它要明显很多（见图 0-4）。遥远恒星系统的图片上旋臂之所以显得突出，是因为其中电离氢受激而发光。但是我们由猎户星云已经知道，氢是被强光度大质量主序星所电离的。所以，旋臂就是年轻恒星所在之处，也就是恒星正在诞生的场所。在银河系中，年轻恒星也正是密密麻麻沿着旋臂分布的。

另一方面，用了射电天文方法人们已经能够把银河系中星际气体的分布探查得非常确切；人们发现，旋臂区的气体密度比银盘其他各处更高。结果是：旋臂是气体密度较高的所在，同时也是年轻恒星集中的所在。问题是：使得星系看起来好像滚动火轮的旋臂结构又从何而来？

对旋臂的了解是长期以来的特殊难题。直到现在人们也还没有把有关的现象完全认识清楚。恒星系统在自转。测量了它们的自转速度（参阅附录 A），人们了解到它们并不是像刚体那样自转，而是愈往外自转速度愈慢，星系中靠近内心的区域自转一周需时较短。

乍看起来，星系出现旋臂结构似乎不足为怪。就连一杯咖啡加牛奶， 搅拌起来也会出旋臂式的花样，这是因为离中心不同距离的液体转速不 同。因此人们就会推想，不管一个星系的初始结构怎么样，由于转速不同， 转到后来都要变成旋臂模样。

卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克说过，即使当初银河系长得就像一头牛一样，如今也会展现旋臂。若干年前我们在哥廷根对冯·魏茨泽克所提的牛状银河系作了试探性计算，直到不久前还在汉堡任教的阿尔弗雷德·倍尔（Alfred Behr）当时向我们提供了帮助。得到的结果画在图 12-5 中：大多数恒星还没有来得及绕中心转满一圈，牛状星系竟然化为一幅绝

美的旋涡星系，可惜多出了一个挂钩。

从随意决定的初始结构到形成旋臂图样，要不了 1 亿年，但银河系的年龄比这要大百倍。那么初始结构那么多次所形成的旋臂早就该套叠卷紧到惊人的地步，在中心周围缠绕百圈以上的旋臂应该形成了像密纹唱片那样的密纹，但是人们并没有观测到这样的情况。像图 0-4 那样，星系的旋臂并非上百层缠绕，所以它们并不可能是初始结构的残余。既然实测到的旋涡星系没有哪一个表现一套极细密的旋臂，我们只好认为旋臂并不是套叠卷紧的。可是组成它们的恒星和气体都参与缠绕自转运动，这个难题又怎样解释呢？

只有一个办法。一定要放弃旋臂似乎总是由同一批物质组成的那种概念，可以设想，恒星和气体横穿旋臂穿越过去。虽然恒星和气体参与星系的自转运动，但旋臂本身只是反映恒星和气体暂时正在穿越过去的一种特殊状态。

在我们的日常生活中就可以举出类似的现象。一股气体火焰也并非总是由同一物质所组成。它只不过是经由它流过的一束气流的一段特定状态，而气流的分子之间在火焰里发生着一种特定的化学反应。那么旋臂无非就是自转着的星系圆盘中大规模迁移的恒星流与气体流达到某种特定状态的所在。是星系全部物质的引力特性在维持着这种特定状态。下面就来谈谈这个问题。

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旋臂究竟是什么

自然界的流动过程往往造成规则的形象。风和水相互作用引起澎湃的波涛，以均匀的节奏拍击海滩。平坦沙滩近旁的海底表现出规则的波纹， 把不同密度和温度的几种液体小心地混和，也往往出现各种图形。可可凉下来的时候，表面形成规则的花样。

在引力和离心力相互作用的支配下，在一个圆盘里围绕公共中心运转的群星，也表现出构成图样的倾向。

让我们来设想一下，大量恒星聚集在一个旋转圆盘里，那么离心力和引力在圆盘的一切场所都保持相互平衡，但一般情况下这种平衡是不稳定的。只要某一处包含的星数偶然过密，它们就会更进一步相互吸引，就像星际气体的不稳定状态导致恒星的诞生那样。不过在这样的情况下，还有离心力这一重要因素，因此，演变过程也就比较复杂。我们不妨用计算机来模拟求解。图 12-6 是用计算机所得 200000 颗星在一个旋转圆盘中的运动情况。恒星构成了一套旋臂！因为包含的恒星并非一成不变，所以旋臂不会卷成一团。恒星一批批地流过旋臂！当恒星沿着它们的类似圆形的轨道飞进一条旋臂时，它们就彼此挤紧。当它们离开旋臂而去时，它们就彼

此松开。所以说，正像火焰是气体分子发生化学反应的地方那样，旋臂是恒星相互挨紧的场所。

旋臂中单位体积内的恒星数量比圆盘中其他处要多。这一点在图 12-

6 中看得很清楚，而在真实的星系中这类稠密区却小得很难观测出来。幸而，和恒星一样参与星系自转的星际物质在穿经旋臂时密度也增高了！这样的密度升高也就为恒星的诞生创造了所需的条件。所以旋臂成了恒星产生的所在，新生恒星中的大质量强光度蓝星则激发近处的气体使之放光。使旋臂成为触目壮观的不是密集紧挨的群星，却是发射强光的氢云。

我们已经结识了猎犬星座中的那个星系，图 0-4 是它的照片。我们还要通过它进一步了解恒星在旋臂中形成的情况。我们遥遥望见这个星系夹在我们生活的这个星系的一批近星之间发着微弱的光。它的光线要跋涉1200 万年才能进入我们的望远镜。因为我们可以说是从上往下观望这一星系，也就是视线方向垂直于它的圆盘面，所以看到的旋臂分外动人。

猎犬座星系中恒星的诞生

从这个星系传来了射电辐射。可能是在以前的超新星爆发中获得巨大速度的电子，在运动中流过这星系而发出无线电波。人们用高灵敏度射电望远镜不仅能接收到这种信号，甚至还能区分这个星系哪些部位发出射电辐射较强，哪些部位较弱。1971 年，射电天文学家唐纳德·马修森(Donald Mathewson)，皮特·范·德·克鲁特(Piet van der Kruit)和维姆·布罗弗(Wim Brouw)在荷兰制成了一幅这个星系的“射电图”（见图 12-7）， 其中用亮度表示射电强度，愈亮之处射电辐射愈强。尽管用这种射电望远镜不及用光学望远镜看得那么清楚，旋臂结构还是不难认出来。所以旋臂不仅在可见光区放着光彩，而且还发出射电辐射。

电子在同一星系中不同部位处发出的射电辐射强度不同，这是为什么？其原因和这种辐射的产生机理有关，这里就不作论述，我们只要知道凡是星际气体密度较高之处产生的射电辐射也较强就行了。如此说来，猎犬座星系的射电图像也证明，旋臂中不仅恒星密集在一起，而且星际气体的密度也较高。

不过猎犬座星系告诉我们的信息还不止于此。仔细对比可以看出，射电辐射最强的所在并不完全和可见旋臂相重合（见图 12-8），星际气体最大密度区位于曲曲弯弯旋臂的偏内侧。这反映什么呢？整个星系在自转， 它的组成物质在运动中穿旋臂而过，恒星偕同星际物质在这样的过程中都是由弯曲旋臂的内侧进去，再从外侧出来。可见旋臂来源于新生恒星，射电旋臂则反映星际气体浓缩的所在，把两者加以对比可以推出下面的情 景。

这个星系中的恒星和星际物质一起运转（见图 12-9），逼近一处旋臂

区域。随即这些恒星相互挤紧，气体密度增加，创造了新生恒星的条件。局部云团出现并发生坍缩，一批原恒星诞生了。稍后，那批恒星和星际物质便又漂移出形成射电旋臂的密度较高区。很快，一切似乎又恢复如前。但是，并不尽然，已经开始坍缩的云团继续坍缩，由气体密度一时的增长所引起的造星过程进一步发展。再过了些时候，原恒星演变成一批大质量新生恒星。这些蓝色强光度恒星的辐射激发附近的星际气体使之发光，新生恒星造成了可见旋臂。

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概括起来，首先是星系物质穿越密度较大的旋臂，引起产星过程；然后是首批新生恒星使可见臂亮了起来。因为猎犬座星系中恒星与气体的运动速度已知，密度臂与可见臂之间的距离又能测出来，所以我们能计算出从星际气体紧缩到首批新生恒星出现需要多长时间：结果是约为 600 万

年。在这段时间的最后 50 万年中，各个分立云团里发生着像拉森的计算所得出的那种变化；而从这段时间的开头直到星际物质演变成拉森用作计算起始点的云团，则需要 550 万年。

大质量恒星绕星系中心运行还远没有转完一圈，它们的寿命就到头 了。这些星把它们的大部分物质送回了星际气体，演变成了白矮星，或是爆发为超新星了。由于核反应而富含重元素的恒星物质返回星际气体后， 当它穿过旋臂时就成为孕育下一代恒星的原料。不能参与这种循环变化 的，是恒星生命终了时以白矮星或中子星这类致密天体的形成所残留下来的物质。

从前，在银晕恒星已经出现后很久的某个时候，现在构成太阳的物质也曾作为星际气体的一部分在运动中穿越一处旋臂而使许多恒星诞生。其中质量较大的太阳同庚星早已熄灭，像太阳那样质量较小的许多同庚星则已经被银河系的不均匀自转甩开而失散在各方。