天文學家對哈勃觀測到的“嬰兒”恆星周圍暴雨般的外溢現象感到困惑
據外媒報導,當恆星從巨大分子云的塌縮中誕生並開始成長時,它們會發射出颶風般的風,以及出現旋轉的、草坪噴水器式的“噴射器”,向相反的方向射去。這種作用在巨大的分子云中形成了巨大的空洞。天文學家認為,這些現象最終會清除周圍的分子云,使恆星停止生長。但在對距離地球最近的主要恆星形成區–獵戶座分子云團中的304顆新生恆星的綜合分析中,研究人員發現,恆星外流的氣體清除對決定其最終質量的作用可能並不像傳統理論所說的那樣重要。
他們的研究基於此前收集的美國宇航局哈勃和斯皮策太空望遠鏡以及歐洲航天局赫歇爾太空望遠鏡的數據。這項研究讓天文學家們仍然想知道為什麼恆星形成的效率如此之低。分子云的初始質量中只有30%會贏成一顆新生恆星。
儘管我們的銀河係是一座由至少2000億顆恆星組成的巨大星系,但它們是如何形成的細節在很大程度上仍然披著神秘的面紗。
科學家們知道,恆星是由巨大分子云中的緻密區域發生塌縮最終形成的,這些氫雲在重力作用下被擠壓到核聚變點燃。但只有大約30%的分子云的初始質量最終成為一顆新生的恆星。在這樣一個可怕的低效率過程中,其餘的氫雲去了哪裡?
有人認為,新形成的恆星通過光劍形的外流射流和強大的磁場從環繞盤發射的颶風,吹散了大量的熱氣體。這些應該會壓制中心恆星的進一步生長。但一項新的、全面的哈勃調查顯示,這種最常見的解釋似乎並不奏效,讓天文學家們感到困惑。
研究人員利用之前從美國宇航局的哈勃和斯皮策太空望遠鏡以及歐洲航天局的赫歇爾太空望遠鏡收集到的數據,分析了獵戶座分子云團中304顆正在發育的恆星,也就是所謂的原恆星。獵戶座分子云團是距離地球最近的主要恆星形成區域。(斯皮策和赫歇爾已不再運行)。
在這項迄今為止規模最大的新生恆星調查中,研究人員發現,恆星外流的氣體–清除可能並不像傳統理論所認為的那樣,在決定其最終質量方面非常重要。研究人員的目標是確定恆星外流是否會阻止氣體流入恆星並阻止其生長。
相反,他們發現,形成恆星的外流所形成的周圍氣體雲中的空洞並不像理論上所提出的那樣,隨著恆星的成熟而有規律地增長。
“在一個恆星形成模型中,如果你開始時有一個小空洞,隨著原恆星迅速變得更加進化,它的外流會創造一個越來越大的空洞,直到周圍的氣體最終被吹走,留下一個孤立的恆星,”俄亥俄州托萊多大學的首席研究員Nolan Habel解釋說。
“我們的觀測結果表明,我們沒有發現任何漸進式的增長,所以空洞並沒有增長,直到它們把雲中的所有質量都推出去。所以,一定還有其他過程在進行,以擺脫那些沒有最終進入恆星的氣體。”該團隊的成果將出現在即將出版的《天體物理學雜誌》上。
在恆星相對短暫的誕生階段,只持續了大約50萬年,恆星的質量迅速膨脹起來。變得一團糟的是, 隨著恆星的成長, 它發起了一陣風,以及出現旋轉的, 草坪噴水器式的“噴射器”,朝相反的方向射去, 這些噴出的氣體開始侵蝕周圍的雲層,在氣體中形成空洞。
流行的理論預測,隨著年輕恆星的演化和外流的繼續,空洞會越來越大,直到整個恆星周圍的氣體雲被完全推開。隨著氣體罐空了,恆星就停止生長。
為了尋找空洞生長,研究人員首先通過分析赫歇爾和斯皮策對每顆恆星的光輸出數據,按年齡對原恆星進行分類。哈勃觀測中的原恆星也是作為赫歇爾望遠鏡的赫歇爾獵戶座原恆星調查的一部分進行觀測的。
然後,天文學家用哈勃的近紅外相機和多物體光譜儀以及寬場相機3在近紅外光下觀測這些空洞。觀測時間為2008年至2017年。雖然恆星本身被塵埃籠罩,但它們發出強大的輻射,這些輻射擊中空腔壁並散落塵粒,用紅外光照亮氣態包層中的空隙。
哈勃圖像揭示了原恆星在不同演化階段產生的空洞細節。Habel的團隊利用這些圖像測量了這些結構的形狀,並估算了為形成空洞而清理出來的氣體體積。從這一分析中,他們可以估計出恆星爆發時被清理出來的質量量。
“我們發現,在原恆星階段結束時,大部分氣體已經從周圍的雲層落到了恆星上,一些年輕的恆星仍然有相當狹窄的空洞,”托萊多大學的團隊成員Tom Megeath說。“所以,這幅圖景仍然被普遍認為是什麼決定了恆星的質量,是什麼阻止了氣體的墜落,就是這個不斷增長的外流空洞把所有的氣體都挖走了。這對我們關於恆星形成如何進行的想法來說一直是相當基礎的,但它似乎並不符合這裡的數據。”
未來的望遠鏡,如美國宇航局即將推出的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡將更深入地探究一顆原恆星的形成過程。韋伯光譜觀測將在紅外光下觀測原恆星周圍盤的內部區域,尋找最年輕的星源中的噴射物。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡還將幫助天文學家測量從圓盤到恆星的物質的吸積速度,並研究內部圓盤如何與外流相互作用。