温度:10开尔文(分子云的典型温度);
外部触发:来自附近超新星的冲击波(速度100公里/秒);
磁场:10微高斯(弱磁场,不影响大尺度结构)。
这些参数构成了“数字星云”的“食材”,接下来加入物理过程的食谱:
引力方程:描述物质如何因引力坍缩;
欧拉方程:描述气体的运动与压力;
辐射转移方程:描述恒星辐射如何与物质相互作用;
恒星形成判据:当核心密度超过金斯质量(≈103倍太阳质量/立方光年)时,触发恒星形成。
2.2 模拟结果:创生之柱的“一生”
通过NASA Pleiades超级计算机的运算,模拟生成了一个与哈勃/JWST观测高度吻合的“数字创生之柱”。以下是关键结论:
2.2.1 柱体的诞生:引力与压力的博弈
模拟显示,外部冲击波压缩分子云后,云团内部形成了一根“纤维状结构”。这根纤维在引力作用下坍缩,逐渐凝聚成三个密度节点——即我们看到的三根柱体。每个节点的质量约100倍太阳质量,坍缩速度≈每年10?3倍太阳质量。
2.2.2 侵蚀的速度:与观测一致
模拟计算出,恒星风+辐射压的质量损失速率≈每年1.2×10??倍太阳质量,与哈勃2015年的观测(每年10??倍太阳质量)误差小于20%。更关键的是,模拟预测柱体顶端侵蚀速度是底部的3倍——这与ALMA观测到的“顶端物质流失更快”的结论完全一致。
2.2.3 原恒星的“成长日记”
模拟中,三根柱体内部各形成了一颗原恒星:
第一根:0.5倍太阳质量,吸积盘半径0.05天文单位,温度800开尔文;
第二根:1.2倍太阳质量,吸积盘半径0.1天文单位,温度1200开尔文;
第三根:3倍太阳质量,吸积盘半径0.2天文单位,温度2000开尔文。
这些原恒星将在未来10万年内触发氢核聚变,成为主序星——它们的“童年”,与太阳46亿年前的经历几乎一模一样。
2.3 模拟的意义:填补观测的“盲区”
数值模拟的价值,在于它能看到观测无法触及的细节:
观测只能拍到柱体的“照片”,模拟能看到内部的湍流运动(速度≈1公里/秒);
观测只能测量当前的侵蚀速率,模拟能预测未来10万年的演化趋势(柱体将缩短至2光年);
观测只能研究单个原恒星,模拟能看到整个星云的恒星形成效率(≈10%的气体转化为恒星)。
三、宇宙中的“同类”:恒星支柱的“多样性”与“统一性”
创生之柱不是孤例。在天琴座猎户座大星云、船底座NGC 3372星云、玫瑰星云中,都能找到类似的柱状结构。这些“同类”的命运各不相同,却遵循着相同的物理规律。
3.1 猎户座的“巨人支柱”:更近、更惨烈
猎户座大星云(M42)距离地球1300光年,核心有三根“巨人支柱”,高度≈10光年(是创生之柱的2倍)。
3.1.1 更快的消亡:更高的恒星形成率
猎户座大星云的恒星形成率(≈每年10倍太阳质量)是鹰状星云的10倍——因为它附近有猎户座OB1星协(约100颗O/B型星)。这些恒星的恒星风和辐射压更强,导致支柱侵蚀速度更快:模拟预测,巨人支柱将在5万年内完全消失,比创生之柱短20倍。
3.1.2 相同的机制:宇宙的“通用法则”
尽管形态和速度不同,猎户座支柱与创生之柱的侵蚀机制完全一致——都是恒星风、辐射压、超新星的叠加。这说明,恒星形成的“雕刻”过程是宇宙的“通用语法”,无论星云在哪个旋臂,都遵循同一套规则。
3.2 船底座的“尘埃堡垒”:被包裹的“婴儿宇宙”
船底座星云(NGC 3372)距离7500光年,核心有一根“船底座支柱”,高度≈20光年(是创生之柱的4倍),但被厚达10倍的尘埃包裹,只能在红外波段观测。
3.2.1 高密度的秘密:靠近超巨星
船底座支柱的尘埃密度≈每立方厘米10?个粒子(是创生之柱的10倍),因为它靠近船底座η星(120倍太阳质量的超巨星)。这颗恒星的强烈恒星风将周围气体压缩成高密度结构,形成了“尘埃堡垒”。
3.2.2 未知的命运:等待超新星的“判决”
船底座η星目前处于“极超巨星”阶段,随时可能爆发。如果它爆发,冲击波将在几百年内到达船底座支柱,彻底摧毁这个“婴儿宇宙”。天文学家正在密切监测它,希望能提前捕捉到“宇宙爆炸的前兆”。
3.3 对比的启示:宇宙的“同”与“不同”
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