ALMA揭示大質量恆星複雜誕生 | 科學人 | 果殼網 科技有意思

藉助位於智利的ALMA射電望遠鏡陣，天文學家首次細緻觀測到了大質量恆星誕生之處複雜的空間環境。圖片來源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)

由日本茨城大學樋口彩（Aya Higuchi）領導的團隊，利用智利阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣（ALMA），對大質量恆星形成區IRAS 16547-4247進行了觀測。觀測結果顯示，至少有兩個氣體外流正從一顆原恆星（protostar）向外噴出，暗示這一區域可能存在兩顆新生的恆星。此外，對甲醇（methanol）分子發射線所作的射電觀測，清晰地揭露出了一個沙漏狀結構，這是氣體外流向外擴散時推開周邊的氣體雲而產生的。這是天文學家首次在大質量恆星形成區域的甲醇觀測中發現這樣的沙漏狀結構。

夜空中閃爍著的一顆顆星星，質量其實並不一樣。有些星星的質量還不到太陽的1/10，有些星星卻能超過太陽質量的100倍。為什麼恆星的質量天生就如此千差萬別？是什麼因素導致它們質量不同？這些最基本也最難解的天文學問題，至今都還沒有得到解答。想要破解這些謎題，細緻地觀測不同質量的恆星形成的過程，至關重要。

質量超過太陽10倍的大質量恆星，形成過程還有待探測。細緻地觀測大質量恆星的早期形成過程非常困難，因為大質量恆星的數目原本就比太陽大小的恆星要少，而大質量恆星的演化過程卻比低質量恆星迅速得多。另一個不利於研究的因素在於，大質量恆星距離地球更遠。低質量恆星的形成區域距離地球大約500光年，而大質量恆星的形成區域，就算是離我們最近的獵戶座大星雲，也足有1500光年。再加上大質量恆星通常都在星團中誕生 ，想要細緻了解它們的形成過程，就必須要有高解析度的觀測才有可能做到。在這方面，ALMA是目前天文學家手中最有利的「武器」，因為它能力對恆星形成的關鍵成分——氣體和塵埃進行高靈敏度和高解析度的觀測。

由日本茨城大學樋口彩（Aya Higuchi）領導的研究團隊，對天蠍座方向的亮紅外源IRAS 16547-4247進行了觀測。IRAS 16547-4247距離地球9500光年，是一個發出強烈輻射、光度相當於太陽60倍的明亮天體，周圍包裹著質量相當於太陽1300倍的稠密分子雲。過去對這一區域中一氧化碳分子所做的射電觀測，曾經揭示出一對氣體外流，天文學家當時認為它們源於一顆年輕的恆星。此外，除了一個明亮的天體位於中心以外，天文學家過去還在這一區域發現過其他一些射電源。樋口彩說，「儘管許多天文學家猜測，這裡應該是大質量恆星正在形成的高產區域，但憑藉現有望遠鏡能夠提供的分辨能力，我們不可能探測到大質量原恆星周圍運動著的氣體。」

為了研究IRAS 16547-4247周圍氣體的結構和動力學性質，這個團隊觀測了塵埃、一氧化碳和甲醇的分子發射線。對塵埃的觀測首次結果，這一區域的中心包含著兩團高密度氣體雲，質量是太陽的10倍到20倍。科學家認為，這些氣體雲就像蠶繭一樣，包裹著新近正在形成的大質量恆星。

對一氧化碳的觀測結果則表明，看上去像是一個在南北方向上略略延伸的模糊斑點，實際上包含著兩對氣體外流，一對朝南北方向延伸，另一對朝東西方向延伸。由於ALMA的角解析度是先前觀測所用設備的36倍，最新的觀測結果清楚地揭示出了這些氣體複雜的結構和動力學特徵。天文學家通常假設，一顆原恆星只能產生一對氣體外流，這些觀測結果暗示，這一區域有多顆恆星正在同時形成。

最重要的是，研究團隊發現IRAS1654-4247中心向外擴散的甲醇分子構成了沙漏狀的結構。甲醇通常形成於塵埃表面，不過當某些過程導致溫度升高時，甲醇就會從塵埃表面釋放出來，形成甲醇氣體，發出射電波輻射。這些天文學家發現，甲醇氣體分布而成的這個沙漏結構，與他們觀測到的一氧化碳氣候外流的輪廓相符，表明這些甲醇是原恆星吹出的氣體外流驅散周邊氣體導致溫度升高而被氣化的。這種沙漏形狀的結構在低質量原恆星周圍時有發現，但在大質量恆星的形成區域還是首次發現甲醇氣體的這種分布。

「我們對一氧化碳和甲醇所作的射電觀測，細緻地探索了大質量恆星正在成團形成的區域中氣體的分布及動力學特徵。」 樋口彩說，「獵戶座星雲是典型的大質量恆星形成區域，但ALMA讓我們能夠在比獵戶座星雲還要遠7倍的地方，以前所未有的最高成像解析度，讓我們看清星團中恆星形成的複雜環境。在未來對大質量恆星形成區域的研究中，ALMA將變得不可或缺。」（編輯：Steed）