第一颗恒星的形成 I. 质量吸积率、吸积盘结构与原恒星演化

我们提出了原始恒星形成的理论模型。首先我们描述初始气体核心的结构，视为根据最近的高分辨率数值研究而构成的核动力化、准准静力学对象。随后可以将吸积率与由分子氢冷却特性决定的特征密度和温度相关联。我们允许气体核心旋转，假设声速点内的流体保持角动量守恒。在典型情况下，大部分质量通过吸积盘到达恒星。吸积盘内区的结构以标准粘性盘理论描述，但需考虑气体被电离和解离所吸收的巨大能量。原恒星的尺寸和亮度取决于吸积率、吸积气体的能量情况以及辐射能否从恒星吸积冲击处逸出。我们将吸积率、内盘结构和原恒星演化模型相结合，预测辐射场，这是辐射反馈过程的基础，用以抑制吸积。对于现实的初始角动量，原恒星的光球远小于且比在球对称情况下更热，导致在演化早期更强的辐射反馈。特别是，一旦恒星年龄超过其凯尔文-赫尔姆斯时间，向主序星的收缩会在约 30 倍太阳质量处导致电离和远紫外辐射亮度的快速增加。由于构成第一颗恒星的核心质量远大于 30 倍太阳质量，且在较低质量处反馈动力学上不重要，我们得出结论，第一颗恒星的质量应大于约 30 倍太阳质量。