21: 恒星的诞生和太阳系外行星的发现
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“有无数的太阳和无数的地球都以与我们系统中的行星完全相同的方式围绕太阳旋转。 我们只能看见太阳，因为它们是最大的天体并且是发光的，但是它们的行星对我们来说仍然看不见，因为它们更小而且不发光。。 宇宙中未编号的世界在形式和等级上都相似，受相同的力量和相同定律的约束。” —佐丹奴·布鲁诺在《论无限宇宙与世界》（1584 年）中。 布鲁诺因异端罪被罗马宗教裁判所审判，并于1600年在火刑柱上烧死。
我们已经讨论过恒星是将轻元素转化为较重元素的核炉。 恒星的核演化始于氢气融合到氦气中，但这只有在核心温度超过1000万至1200万K时才会发生。由于恒星是由寒冷的星际物质形成的，我们必须了解它们是如何崩溃并最终达到这个 “点火温度” 来解释恒星的诞生。 从银河系诞生到今天，恒星的形成是一个持续的过程。 我们估计，在银河系中，平均每年有三个太阳质量的星际物质转化为恒星。 对于像星系这样大的物体来说，这听起来像是很小的质量，但是每年只形成三颗新恒星（在 G 星系中的数十亿颗恒星中）。
行星是绕其他恒星运行还是我们的行星是唯一的行星系统？ 在过去的几十年中，新技术使我们能够通过揭示2600多个行星系统中的近3500颗系外行星来回答这个问题。 甚至在探测到行星之前，天文学家就预测行星系统很可能是恒星形成过程的副产品。 在本章中，我们将探讨星际物质是如何转化为恒星和行星的。
- 21.1: 恒星形成
- 大多数恒星是在巨大的分子云中形成的，其质量与\(3 × 10^6\)太阳质量一样大。 研究最多的分子云是猎户座，目前正在那里形成恒星。 分子云通常包含密度更高的区域，称为团块，这些区域反过来又包含几个密度更高的气体和尘埃核心，每个核心都可能变成恒星。 如果恒星的密度足够高，重力会压倒内部压力并导致气体和尘埃
- 21.2: H-R 和恒星演化研究
- 恒星的演变可以用其温度和亮度的变化来描述，然后最好在 H—R 图上绘制它们。 原恒星通过引力收缩产生能量（和内部热量），这种收缩通常持续数百万年，直到恒星到达主序列。
- 21.3: 行星在其他恒星周围形成的证据
- 观测证据表明，大多数原恒星都被圆盘所包围，这些圆盘的直径足够大，质量足以形成行星（高达太阳的10％）。 几百万年后，圆盘的内部被清除掉了灰尘，然后圆盘的形状像甜甜圈，原恒星以洞为中心，这可以用在内部区域形成行星来解释。
- 21.4: 太阳系以外的行星——搜索和发现
- 几种观测技术已成功探测到绕其他恒星运行的行星。 这些技术分为两大类：直接检测和间接检测。 多普勒和过境技术是我们寻找系外行星的最强大的间接工具。 一些行星也是通过直接成像发现的。
- 21.5：无处不在的系外行星——我们在学什么
- 尽管开普勒任务正在寻找数千颗新的系外行星，但这些系外行星仅限于小于400天且体积大于火星的轨道周期。 不过，我们可以利用开普勒的发现来推断银河系中行星的分布。 迄今为止的数据表明，像地球这样的行星是最常见的行星类型，银河系中类似太阳的恒星周围可能有1000亿颗地球大小的行星。 在其他恒星周围已经发现了大约 2600 个行星系统。
- 21.6：行星形成的新视角
- 系外行星的组合非常多样化，这使我们对行星形成的理解发生了变化，其中包括与行星迁移和散射发生剧烈、混乱相互作用的可能性。 太阳系在行星的排列方式上可能不寻常（且不具代表性）。 例如，许多系统的岩石行星似乎比我们向内更远，有些系统的岩石行星甚至离恒星很近 “热木星”。
缩略图：我们看到了用哈勃太空望远镜拍摄的 Carina Nebula 部分的特写镜头。 这张照片显示了由嵌入大量气体和尘埃云中的新形成的恒星提供动力的喷气式飞机。 部分云层是利用最近在其中形成的非常年轻的恒星的能量发光的。 （来源：美国宇航局、欧空局、M. Livio 和哈勃 20 周年纪念小组（stScI）对作品的修改）