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第13章 创生之柱

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1.1 恒星风:“宇宙级刻刀”的物理史诗

恒星风是大质量恒星(O/B型)向星际空间抛射的高速带电粒子流(质子+电子),速度可达数千公里/秒。对创生之柱而言,最致命的“攻击者”是鹰状星云核心的HD ——一颗30倍太阳质量的O型星,表面温度4万开尔文,亮度是太阳的5万倍。

1.1.1 恒星风的“诞生”:大质量恒星的“代谢废物”

大质量恒星的核心正在进行剧烈的碳氮氧循环(CNO循环),每秒有数百万吨氢聚变为氦,释放的能量以辐射压形式“吹”走外层物质。这种恒星风与太阳风的区别,如同台风与微风的差距:

太阳风速度≈400公里/秒,质量损失率≈10?1?倍太阳质量/年;

O型星风速度≈3000公里/秒,质量损失率≈10??倍太阳质量/年(是太阳的100万倍)。

1.1.2 对创生之柱的“切割”:动量传递的残酷游戏

当HD 的恒星风抵达创生之柱,会与柱体顶端的稀薄气体发生弹性碰撞。由于恒星风速度远高于柱体物质的逃逸速度(≈10公里/秒),碰撞会将动量传递给气体分子,推动它们向外运动。

天文学家通过测量柱体顶端的“剥离速度”(≈5公里/秒)和恒星风的动量通量,计算出:恒星风贡献了创生之柱60%的质量损失。用比喻来说,恒星风就像一把高速旋转的铣刀,不断削去柱体的“头顶”,而柱体内部的引力试图将物质拉回,形成“一边被削、一边生长”的动态平衡——但削的速度,终究快过了长的速度。

1.2 辐射压:“看不见的手”如何推走尘埃?

除了恒星风,大质量恒星的紫外辐射压是侵蚀创生之柱的第二股力量。辐射压的本质是光子与物质碰撞时的动量传递:当光子被尘埃颗粒吸收或反射,会将能量转化为颗粒的运动动能。

1.2.1 辐射压的“主力”:Lyman-α线的威力

O型星的辐射集中在紫外波段,尤其是Lyman-α线(波长121.6纳米,氢原子基态跃迁)。HD 的Lyman-α通量高达10??光子/秒——即使尘埃颗粒只有0.1微米(头发丝的1/500),也能高效吸收这些光子。

计算显示,Lyman-α辐射对创生之柱顶端尘埃的推力,相当于每平方厘米施加10?12牛顿的力。这个力虽小,但作用在直径1光年的柱体上,累积效果惊人:辐射压贡献了30%的质量损失。

1.2.2 对形态的塑造:波浪形顶端的秘密

创生之柱顶端的波浪纹,并非天然形成,而是辐射压与恒星风共同“雕刻”的结果。当辐射压推动顶端尘埃向外时,尘埃会沿着柱体的密度梯度流动——密度高的区域阻力大,密度低的区域阻力小,最终形成类似风吹沙丘的波纹。这种形态,是宇宙中“风蚀作用”的典型印记。

1.3 未来的终极审判:超新星冲击波的“灭顶之灾”

如果说恒星风和辐射压是“慢性消耗”,那么附近大质量恒星的超新星爆发将是创生之柱的“终点”。鹰状星云中的O型星寿命极短(≈100万年),HD 目前约200万年,已进入生命末期。当它爆发为Ib/c型超新星时,会释放10??焦耳的能量,并产生速度高达1万公里/秒的冲击波。

1.3.1 冲击波的“到达时间”:几百年的倒计时

HD 与创生之柱的距离约10光年(鹰状星云核心区域的空间尺度)。冲击波以1万公里/秒的速度传播,到达创生之柱仅需:

时间 = \frac{距离}{速度} = \frac{10 \times 9.46 \times 10^{12}公里}{1 \times 10^7公里/秒} ≈ 300年

这个时间尺度,在宇宙中相当于“眨眼之间”——我们现在看到的创生之柱,可能已是它“最后几十年”的模样。

1.3.2 争议:是否已被冲击波“洗礼”?

部分天文学家提出,创生之柱的形态可能已受过超新星冲击波的影响。它的柱体内部密度梯度异常高(比理论预测高2倍),可能是过去某次超新星爆发压缩了周围气体,促进了恒星形成。换句话说,我们看到的创生之柱,或许是“第二次重生”的结果。

二、数值模拟:用计算机“养育”一个创生之柱

为了还原创生之柱的完整生命周期,天文学家用超级计算机构建了“数字孪生”——将引力、流体动力学、辐射转移和恒星形成理论编码成方程,模拟从分子云坍缩到柱体消亡的全过程。

2.1 模型的“初始配方”:从观测到数字

模拟的起点是初始条件,需严格参考真实观测数据:

气体密度:每立方厘米100个粒子(对应冷分子云的密度);

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