什么是原恒星的能源?
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发布时间：2023-03-15 20:25
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时间：2023-10-26 18:51
所有恒星都会发光。其实，有几种可能的能源都能够产生恒星所发射的光，但只有一种能源能够维持恒星一生所输出的能量，这就是热核聚变。恒星是天然的热核反应堆，它把氢和其他一些轻元素聚转化为较重的元素。因此恒星就可以定义为通过核燃烧发光的天体。
原恒星用收缩的方式获得它的大部分能量。在第一个和第二个流体静力平衡核形成之后，恒星胎终于达到准平衡态。但是新生的恒星需要能量去继续氢的离解和电离，去维持它们的气体压力，使它高到足够避免进一步的坍缩，并在表面发出辐射。所有这一切，它们都是通过不可察觉的收缩持续地释放引力来达到的。当然，一颗年轻恒星不可能永远收缩下去，但对于保持恒星的青年期已绰绰有余。
氢有2个长寿命的稳定同位素；普通氢的核包含单个质子，氘的核包含1个质子和1个中子。大约在100万开，氘燃烧形成氦，而氢则在约1000万开时燃烧。所以当年轻恒星的核加热到100万开时，氘会燃烧。由于每10万个氢原子里只有一个氘原子，与普通氢之后的燃烧相比，这只是瞬间的过程。但是氘燃烧产生了大量的能量，并不比收缩所得的能量低。
恒星从什么时候开始燃烧它的核燃料？从什么时候真正成为恒星？简单地说，按照定义，当它到达主序，就成了恒星。
恒星的两个最容易判断的特征是它的光输出，即光度和它的表面温度。我们把每颗恒星的这两个参数互相对应地描绘在一张图上，这个图被称为赫茨普龙-罗素图（HR图，简称赫-罗图）。这是为了纪念丹麦天文学家艾纳尔·赫茨普龙和美国天文学家亨利·罗素而命名的，他们第一个研究了这两个观测量之间的关系。绝大部分的正常恒星落在沿此图对角线的一条带上（左上到右下），最炽热和最明亮的恒星在右上一端，最低温和最暗弱的恒星则在左下一端。这条带称为恒星的主序。
赫-罗图恒星并不诞生在主序上。原恒星首次出现在赫-罗图上是一个低光度低温的天体，随着恒星胎的发育，它逐渐升温并越来越亮。吸积中的原恒星的大部分光度来自于下落物质释放的引力势能。物质带着下落的动能撞击流体静力平衡核，把它转化成了吸积冲击中的辐射能，这里这些物质持续冲击流体静力平衡核。对于最终形成低质量恒星的天体来说，被处于0级阶段和I级阶段的恒星胎吸积的物质发出光度，可能比处于主序的终态恒星的光度大几个量级。所以，低质量原恒星是低温且有超大光度的天体。
当年轻恒星开始以稳定的速率将普通氢燃烧成氦的时候，它便到达了主序上。它可以在主序的任何点上达到这一阶段——无论是等于几个太阳质量恒星的几百万年，还是接近褐矮星限度的最低质量恒星的约1亿年。这与能作为稳定的主序星存在的低质量恒星的几百亿年寿命相比，年轻恒星的生命仍然很短暂。
处于原恒星阶段和主序阶段之间的年轻恒星被称为主序前星。当恒星胎获得的质量超过终态质量一半时，它便结束了原恒星阶段。阶段的转变极其短暂，几乎等同新生恒星发出第一波光芒之时。如果把这些刚刚面世的主序前星放在赫-罗图上，它们就定义了一条被称为产生线的轨迹。
恒星内部产生的能量会扩散到恒星表面。有两种方式可以完成这个过程：一种方式是气体在巨大涡流中的大规模对流运动，另一种方式是辐射。新生的恒星从它的表面到最中心开始大规模的对流。对流把新的氘带到中心，一旦收缩使得中心温度升高到100万开，它们就燃烧成为氦。氘燃烧具有非常性质的热平衡作用，使得中心温度不高于100万开。
所以，虽然恒星的收缩会产生更高的中心温度，但在氘燃烧停止前却不能达到。这个阶段在赫-罗图上称为林忠四郎迹程，这时恒星变得越来越小，越来越暗。但是在某个时间点上，恒星内部的能量输送从对流变换为辐射。结果，不再有新的氘从高层向内部恒定地补给，于是氘燃烧便停止了。一旦氘停止发挥热平衡作用，随着恒星的持续收缩，中心温度将开始上升。这时，恒星的表面温度也开始升高，即使恒星还在变小，它的总光度仍可基本保持不变。最终恒星变得非常热，在它内部开始了普通氢的核燃烧，这时恒星到达了主序。恒星就这样结束了自己的青年期。
