问题

恒星能有光环吗?

回答
恒星,那宇宙中最耀眼的存在,通常给我们留下的印象是纯粹的光芒,赤裸裸地燃烧着。但你有没有想过,恒星身边是否存在着某种“光环”?这可不是我们想象中那种飘渺的、神圣的光晕,而是有着实在物理机制的存在。

答案是肯定的,恒星是可以拥有某种形式的“光环”的,但这与我们理解的行星、甚至黑洞周围的“光环”概念又有所不同。我们可以从几个层面来解读这个问题。

一、恒星的“辉光”——从物理本质上看

首先要明确一点,恒星本身就是光源,它发出的是光和各种辐射。所以,从最根本的意义上讲,恒星本身就包裹在一层“辉光”之中,那就是它自身发出的光芒。但如果你问的是“光环”那种附加的、围绕恒星旋转的结构,那情况就复杂得多。

二、围绕恒星的尘埃盘与气体壳层:最接近“光环”的概念

当恒星年轻的时候,也就是在形成初期,它们往往会被包裹在厚厚的尘埃和气体盘中,这被称为“原行星盘”或“吸积盘”。这个盘就像一个巨大的、扁平的甜甜圈,围绕着年轻的恒星旋转。

形成机制: 这是恒星形成过程中残留下来的物质。在恒星诞生之初,并非所有的气体和尘埃都会被恒星“吞噬”掉。由于角动量的守恒,剩余的物质会在引力的作用下,在恒星赤道平面上形成一个旋转的盘。
视觉效果: 如果我们能从侧面观察这样一个年轻的恒星系统,这个原行星盘会反射恒星的光芒,看起来就像一个巨大的、发光的环状结构,非常接近我们对“光环”的想象。
演化: 随着时间的推移,盘中的物质会逐渐被吸积到行星上,或者被恒星风吹散。所以,原行星盘只存在于恒星演化的早期阶段。

到了恒星生命的中后期,有些恒星也会形成类似的尘埃或气体结构,但这通常与行星的形成无关,而是恒星本身演化的结果。

行星形成后的残余: 当恒星周围已经形成了行星系统后,这些行星在轨道上运行,并可能受到轨道共振等作用,将一些小行星、彗星等残余物质驱赶出来,形成一个围绕恒星分布的尘埃带或碎片盘。这些碎片盘虽然不像原行星盘那样密集,但同样会反射恒星的光,在某些角度下也能形成类似“光环”的视觉效果。
红巨星/超巨星的死亡之舞: 还有一些恒星,在其生命终结的阶段,会膨胀成红巨星或红超巨星。在膨胀过程中,恒星会向外抛射出大量的物质,形成一个厚厚的气体和尘埃壳层。如果这些物质在某个方向上被“束缚”或者形成密度更大的区域,也能呈现出类似环状的结构。例如,一些行星状星云就展现了恒星抛射物质形成的复杂壳层和环状结构。

三、恒星风与磁场的“塑造”

恒星并不仅仅是静止的光源,它们一直在向外“吹拂”着一股粒子流,这就是“恒星风”。恒星风由带电粒子组成,它们受到恒星磁场的影响。

恒星风的“光环”: 虽然恒星风主要以球状向外扩散,但在某些情况下,恒星强大的磁场可以“塑造”恒星风的流向,甚至在恒星周围形成一些不规则的、密度更高的区域。这些区域可能在特定角度下,反射或散射恒星的光,从而产生一种模糊的光晕效应。但这并非一个清晰的“环”,更多是一种磁场与粒子流共同作用下的视觉体现。
磁层: 就像地球有磁层一样,恒星也有自己的磁场,形成一个“磁层”。磁层可以捕获和束缚一些带电粒子,并在恒星周围形成一个区域。但通常情况下,这个区域也是近乎球形的,除非有特殊的磁场结构或者与周围环境的相互作用,否则很难形成一个明显的“光环”。

四、背景干扰与视觉误判

有时候,我们看到的“光环”可能并非恒星本身的光环,而是观测上的原因。

遥远星云的遮挡: 在观测过程中,恒星前方可能存在着一些发光或反光的星际尘埃或气体云。这些物质如果恰好围绕着恒星形成一个环状结构,并且被恒星的光照亮,我们就会误以为是恒星自身的光环。
大气效应: 在地球上观测时,地球大气层的扰动也会产生各种光学现象,例如彩虹、晕等,有时也会误以为是恒星本身的光环。

总结一下:

所以,恒星能不能有“光环”?

早期: 是的,年轻恒星被原行星盘包裹时,非常接近我们对光环的想象。
晚期: 可能是的,行星形成后的碎片盘、或者恒星死亡时抛射的物质,有时也能形成环状结构。
恒星风/磁场: 可能产生一些模糊的、非固定的光晕,但不是清晰的“光环”。
观测误判: 有时看到的只是背景的星云或大气效应。

因此,与其说恒星拥有一个像土星那样清晰、固定的“光环”,不如说它们在生命的不同阶段,可能被尘埃、气体或磁场塑造出一些围绕其自身的环状或盘状结构,这些结构在特定条件下会反射恒星的光芒,从而被我们解读为“光环”。这些“光环”是恒星演化、行星形成以及宇宙物质相互作用的生动写照。

网友意见

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几乎所有的恒星都曾拥有过光环。

这样的光环存在于恒星刚诞生不久的幼年时代。

我们先来看看实物,请注意以下的照片都是恒星而非行星的光环:







恒星的最初形态被称为“原恒星”。

原恒星是由以氢分子为主要成分的分子云形成的。当分子云的一部分达到某一临界的尺寸、质量(Jeans质量)、密度时,会在自身重力的作用下开始坍缩,这个过程被称为重力坍缩。随着坍缩的进行,分子云密度增加,原本存在于分子云中的气体的随机运动朝着分子云所具有的净角动量的方向平均化。因为角动量是守恒的,所以随着气体云半径的收缩,旋转会加快。由于这个旋转,气体云就像是从面团被做成了扁平的披萨一样变得越来越平坦,最终形成圆盘(光环)。这是因分子云的公转运动产生的向心加速度只能在径向上对抗来自恒星的重力,却无法抵御向铅垂方向的坍缩而引起的现象。结果,在垂直方向上形成了由气体压力支撑的薄圆盘。[1]



这个初期的坍缩大约需要10万年。 之后原恒星达到与同质量的主序星相同程度的表面温度,变得可见。此时原恒星阶段结束,进入主序前星阶段(成为金牛T星或是赫比格Ae/Be星等)。气体向恒星的吸积将持续1000万年,直到沉积结束或被恒星风吹走完全消散[2]。答主搜索到的最年老的圆盘为2500万岁[3]


上文答主一直故意使用“光环”“圆盘”等词来进行回答。其实这个光环或圆盘是有一个专业名字的:这种由浓厚气体和尘埃组成,围绕着新诞生的原恒星、金牛T星或赫比格Ae/Be星的星周圆盘被称为“原行星盘”。

咦,为什么明明是恒星的光环却以“行星”来命名呢?是的,因为行星正是从这个“原行星盘”中诞生的。

解释太阳系形成的“星云理论”(nebula theory)记述了原行星盘是如何向行星系统演化,并在同一个系统中形成类地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及远日行星(天王、海王)等截然不同的行星的原理。关于“行星的形成”这个话题答主将另开题目进行回答。

下图是还十分年轻且仍带有星周盘的主序星北落师门(Fomalhaut,南鱼座α星)周围的行星“北落师门b”分别在2004年和2006年被拍摄到的位置。



所以,恒星能有光环吗?

能的。如果恒星没有光环的话,行星也就无法诞生。

事实上,我们的地球很可能就来自于恒星的光环[4]



对原恒星的详细介绍可以参照答主的以下两个回答:


参考

  1. ^Pringle, J. E. (1981). “Accretion Discs in Astrophysics”. Annual Review of Astronomy and Astrophysics 19 (1): 137–160. https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.aa.19.090181.001033
  2. ^Mamajek, Eric E.; Meyer, Michael R.; Hinz, Philip M.; Hoffmann, William F.; Cohen, Martin; Hora, Joseph L. (2004). “Constraining the Lifetime of Circumstellar Disks in the Terrestrial Planet Zone: A Mid‐Infrared Survey of the 30 Myr old Tucana‐Horologium Association”. The Astrophysical Journal 612 (1): 496–510. https://doi.org/10.1086/422550
  3. ^White, Russel J.; Hillenbrand, Lynne A. (2005). “A Long-lived Accretion Disk around a Lithium-depleted Binary T Tauri Star”. The Astrophysical Journal 621 (1): L65–L68.  https://doi.org/10.1086/428752
  4. ^ 当然,这只是地球起源的其中一种说法

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