大質量恆星形成的一種可能

CathayAtlantic · 發表於 2014-1-6 16:17:22

　　那些質量大於太陽8倍的大質量恆星有個天文學家迄今尚未解開的謎題：在銀河系絕大部分恆星都是比較小的情況下，為什麼這些恆星能長的這麼大？美國佛羅里達大學（University of Florida）Jonathan Tan等天文學家利用位在智利的ALMA電波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）尋找銀河系中那最暗、最冷、最稠密的雲核，希望能發現這些大質量恆星如何形成的蛛絲馬跡。

　　這些最暗、最冷、最稠密的雲核有個專有名詞，稱為「紅外暗星雲（Infrared Dark Clouds）」，這些天文學家主要是朝著天鷹座和盾牌座的方向尋找這些奇特的星雲。由於紅外暗星雲質量很大而且很稠密，本身的重力應該已經超過向外的氣體壓力，星雲應該會向內塌縮而形成約太陽質量大小的新恆星。如果發現沒有新恆星在內，那麼必定是有某種不知名的額外事物在這些無星的雲核中發生，這才阻擋了太陽級新恆星的誕生。

　　一般類似太陽大小的恆星，通常是從質量不高、主要由氫、氦和其他微量元素組成的大型分子雲中誕生。星雲中一旦有初始的分子聚集成一個核後，在重力的幫忙下，就能持續讓周邊的氣體和其他物質向內聚集成原恆星，且這些物質在落入原恆星之前，會先在周圍形成一個一邊環繞、一邊向內聚集的吸積盤（accretion disk），未來的行星就可能在這個吸積盤中誕生。在累積足夠的質量之後，一旦在核心點燃了核融合反應，一顆新恆星便誕生了。

　　現行恆星形成理論能解釋銀河系內絕大部分恆星的形成過程，但大質量恆星卻還需要某些額外的理由，否則按理來說，銀河系中的恆星大小應該都相差無幾。原本有另一套關於大質量恆星誕生的理論，與類太陽恆星的誕生過程不同。

　　但Tan等人認為：無星雲核顯示星雲中有某種向外的力，能和向內的重力相互平衡，因而抑制了恆星形成，允許巨量物質累積到超過太陽級新恆星誕生原有的程度。這意味著大質量恆星和類太陽恆星的誕生機制相同，差異只在它們從中誕生的母星雲。

　　大質量無星雲核因而等同於是這些大質量恆星誕生的最初階段。Tan等人利用ALMA觀察紅外暗星雲的內部，尋找是否具有氫的同位素氘（deuterium）的信息，以便藉此瞭解暗星雲其中是否有恆星誕生。氘非常重要，是因為在低溫與某些狀況下，氘能與某些分子鍵結形成更大的分子；然而一旦有新恆星誕生，使周圍氣體溫度提高，氘很快的就會被它的兄弟—正常的氫原子取代，就失去它的地位。

　　右上圖就是利用ALMA觀測N2D+離子而得到的兩個雲核影像。其中右側的雲核比較亮、比較圓，顯示它處在受自身重力影響但尚未開始形成大質量單一恆星的狀態，這在恆星形成領域相當罕見。而左側的另一個雲核外形比較扭曲而分散，未來可能會形成多顆質量較低的恆星；這種星雲分裂過程在恆星形成星雲中相當常見。（Credit: Bill Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO）

　　從ALMA觀測結果，發現這些紅外暗星雲中含有大量氘同位素，顯示這些星雲溫度很低且沒有恆星。這個觀測結果意味著星雲中必定有某種力量阻止雲核塌縮，讓物質有機會慢慢累積到數十倍甚至上百倍的程度，終能形成大質量恆星。Tan等人認為認為：強磁場是最有可能的這種「抗力」來源。

　　這項研究是在ALMA早期科學活動（early science campaign）時期進行觀測的，在未來AMLA的66座天線完全投入運作後，或許能發現更多恆星形成區的細節。