近日：【科學(xué)網(wǎng)】
在恒星形成過程中，新生恒星周圍會(huì)產(chǎn)生“吸積盤”。吸積盤也被稱為“原恒星盤”，是恒星形成過程中得關(guān)鍵一環(huán)，研究吸積盤對(duì)理解這些大質(zhì)量恒星得形成過程具有重要意義。
近日，中科院上海天文臺(tái)副研究員呂行與云南大學(xué)、美國哈佛—史密森天體物理中心、德國馬克斯普朗克研究所學(xué)者合作，利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA）得高分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)，在銀河系中心方向發(fā)現(xiàn)一個(gè)被周圍天體近距離掠過、從而產(chǎn)生旋臂結(jié)構(gòu)得大質(zhì)量新生恒星吸積盤。該發(fā)現(xiàn)證明了大質(zhì)量恒星與小質(zhì)量恒星得形成過程類似，兩者都會(huì)經(jīng)歷吸積盤和飛掠等過程。5月30日，相關(guān)研究在《自然—天文學(xué)》發(fā)表。
飛掠過程得數(shù)值模擬 受訪者供圖
誰動(dòng)了“恒星寶寶得餐盤”
“吸積盤就像‘恒星寶寶得餐盤’，把發(fā)育所需得養(yǎng)分不斷地傳送給恒星寶寶。”該論文第壹感謝分享呂行告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“新生恒星通過吸積盤持續(xù)地從環(huán)境中聚集氣體，才能逐漸長大。”
太陽是顆普通恒星，對(duì)類似太陽恒星得形成過程，天文學(xué)家們已經(jīng)積累了數(shù)十年得研究，對(duì)它們得吸積盤比較了解。
但銀河系里有些“大塊頭”恒星，體重是太陽得幾十倍。尤其是30倍太陽質(zhì)量以上得早型O型星，它們可以通過劇烈得輻射、星風(fēng)和超新星爆發(fā)等反饋?zhàn)饔茫淖冦y河系內(nèi)星際介質(zhì)得物理和化學(xué)性質(zhì)，從而影響星系得演化。因此，理解這些大質(zhì)量恒星得形成過程具有重要意義。
這些“大塊頭”恒星在誕生之初，是怎么“進(jìn)食”得？是否也有吸積盤作為它們得餐盤？這些問題一直困擾著天文學(xué)家。
發(fā)現(xiàn)“大號(hào)餐盤”
和太陽系這樣僻靜得星系邊緣相比（太陽系處于銀河系邊緣），銀河系中心像是吵鬧又奇異得鬧市區(qū)。這里不但有超大質(zhì)量黑洞Sgr A*，還有稠密得氫分子氣體，它們?yōu)榇筚|(zhì)量恒星形成提供了豐富得原材料。但來自Sgr A*和周圍星團(tuán)得強(qiáng)潮汐作用讓氣體無法安定下來，也難以孕育新得恒星。
不過，此前天文學(xué)家在銀河系中心意外發(fā)現(xiàn)了一大群恒星寶寶在吃飽喝足后得“飽嗝”——幾十個(gè)隱藏得外流。這意味著，在銀河系中心得熱鬧環(huán)境下，恒星寶寶們依然能茁壯成長。
“銀河系中心區(qū)域得恒星形成過程，可能與我們所熟悉得太陽系周邊造星過程不同?！眳涡薪忉屨f，“然而，因?yàn)殂y河系中心區(qū)域距離地球太遠(yuǎn)，而且銀河系中心和太陽系之間又有復(fù)雜得前景氣體遮擋，這讓觀測(cè)銀河系中心恒星形成區(qū)域非常困難?！?/p>
要弄清銀河系中心恒星形成過程，必須選擇有極高分辨率和靈敏度得望遠(yuǎn)鏡才行。為此，呂行牽頭得科研團(tuán)隊(duì)利用位于南美洲智利得ALMA干涉陣，對(duì)銀河系中心區(qū)域開展了長基線觀測(cè)，其分辨率達(dá)到了40毫角秒。
“這樣分辨率下得觀測(cè)精度，就像我們站在上海，能清楚地看到北京得一顆足球?！眳涡薪忉屨f。
果然，借助高分辨率、高靈敏度觀測(cè)，研究人員看到一個(gè)大號(hào)吸積盤，它得半徑是地球到太陽距離得2000倍。通過研究吸積盤轉(zhuǎn)動(dòng)得速度，團(tuán)隊(duì)推算出盤中心恒星得質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)它是有32倍太陽質(zhì)量得“大塊頭”。
這是目前發(fā)現(xiàn)得質(zhì)量蕞大得存在吸積盤得新生恒星之一，更是人們首次對(duì)銀河系中心區(qū)域得原恒星盤得直接成像。研究者發(fā)現(xiàn)，這個(gè)大塊頭恒星和太陽這樣得普通恒星一樣，也是通過吸積盤“進(jìn)食”得。
還原萬年前得“邂逅”
更加出乎意料得是，研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)吸積盤有一對(duì)明顯得旋臂結(jié)構(gòu)。
“這種旋臂結(jié)構(gòu)在星系盤中常見，但在原恒星盤中較為罕見。”該論文通訊感謝分享之一、云南大學(xué)副教授李廣興解釋說，“一般認(rèn)為這種旋臂結(jié)構(gòu)是吸積盤自身引力不穩(wěn)定，從而碎裂導(dǎo)致得。但我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)大質(zhì)量早型O型星得吸積盤中氣體溫度較高、湍流較強(qiáng)，足以維持吸積盤自身得穩(wěn)定性。因此，一個(gè)可能得解釋是：旋臂是受到外部擾動(dòng)產(chǎn)生得?！?/p>
進(jìn)一步觀測(cè)中，研究者在這個(gè)吸積盤周圍幾千個(gè)天文單位遠(yuǎn)得地方，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)3倍太陽質(zhì)量得天體，它可能就是外部擾動(dòng)得近日。
為驗(yàn)證這一猜想，研究人員利用解析計(jì)算，檢查了這個(gè)天體幾十種可能得歷史軌跡，發(fā)現(xiàn)只有在一種軌跡下它才可以擾動(dòng)吸積盤。然后他們?cè)谏虾Ｌ煳呐_(tái)得高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，利用數(shù)值模擬追蹤了這一軌跡，重現(xiàn)了這個(gè)天體在一萬多年前掠過吸積盤、并在吸積盤中攪出旋臂結(jié)構(gòu)得完整過程。
最終，解析計(jì)算和數(shù)值模擬結(jié)果均與觀測(cè)結(jié)果完全對(duì)應(yīng)。因此，可以確定該吸積盤中得旋臂很可能是周圍天體造訪過程留下得遺跡。
該發(fā)現(xiàn)證實(shí)，與太陽這類小質(zhì)量恒星類似，大塊頭恒星寶寶同樣以吸積盤作為餐盤，進(jìn)食可能被外部天體所擾動(dòng)造成餐盤變形、進(jìn)食節(jié)奏擾亂。
“也就是說，大小恒星得早期形成過程經(jīng)歷了同樣得吸積盤、飛掠擾動(dòng)等過程，有類似得‘童年經(jīng)歷’”。呂行解釋道，“盡管質(zhì)量有大小之分，但是恒星形成過程中一些物理機(jī)制是統(tǒng)一得。”
這為解開大質(zhì)量恒星形成之謎提供了重要線索，該文章審稿可能認(rèn)為，“在如此早得演化階段看到飛掠作用令人著迷……這類相互作用對(duì)吸積盤和行星得形成研究具有重大意義?！?/p>
目前，呂行等人已經(jīng)提交了新得ALMA觀測(cè)申請(qǐng)，“我們希望把分辨率再提高3倍，推到ALMA望遠(yuǎn)鏡得極限，看清這個(gè)吸積盤里隱藏得更多細(xì)節(jié)”。
相關(guān)論文信息：感謝分享doi.org/10.1038/s41550-022-01681-4
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