文/中研院天文所
原恆星(又稱「恆星寶寶」)噴發出來的噴流,是恆星形成時期一個最奇特的標桿。中研院天文所李景輝團隊使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(簡稱 ALMA),以最新觀測首度證實:「噴流在轉動!」
此突破性成果不僅確認了噴流能將吸積盤最內緣過剩角動量帶走,解決天文學懸宕多年的難題,也讓吸積盤餵食原恆星的完整情境躍然呈現。
為什麼這個發現讓天文學家很興奮?
天文所副所長李景輝研究員表示:「在大多數恆星寶寶的案例中,我們都能看得到噴流,就像沿著吸積盤自轉軸飛馳而出的一串子彈。噴流的功能一直是個謎。它是否如目前的噴流發射模型所預測的,在轉動呢?但因其口徑極窄,且轉動幅度極小,所以過去一直無法確認。現在因為 ALMA 同時兼備超高的空間和速度解析力,不僅解析到距離原恆星只有 10 個天文單位(太陽到地球的平均距離為 1 天文單位)的噴流,同時還偵測到其旋轉運動。」這看起來,「恆星寶寶彷彿每咬一口太空漢堡(吸積盤)就會射出一顆旋轉子彈。」
天文所賀曾樸院士表示:「吸積盤裡的角動量是恆星形成最棘手的一個難題,它會妨礙物質掉在中心恆星上。現在有噴流在最靠近盤的內圈那裏,把物質的多餘角動量帶走,那物質就很容易可以從盤面掉到中心恆星表面上了。」
觀測目標的特性和 ALMA 觀測的結果
HH 212 是位於獵戶座的一個鄰近原恆星系統,距離我們大約 1300 光年。中心的新生恆星誕生至今只有 4 萬年(是太陽目前年齡的十萬分之一),質量僅有太陽的五分之一而已。
而其中正在餵食原恆星的吸積盤,幾乎以它的側面面對地球,半徑約 60 個天文單位,盤中間有一道明顯的暗帶,夾在兩個明亮構造之間,這讓它外觀看起來就像個「太空漢堡」。此外,位在系統中心的原恆星,還驅動了強而有力的雙極噴流。藉由對此噴流的觀測,可進一步探討吸積盤是如何餵食原恆星。
早先在望遠鏡解析力大約是 140 個天文單位時,研究團隊無法確認噴流會不會轉動。現在 ALMA 解析力提升到 8 個天文單位,比原來好 17 倍,果然偵測到噴流在旋轉。噴流的角動量非常的小,換算得知噴流噴發的位置,應該就在吸積盤上,距離中心恆星約 0.05 個天文單位的地方,和目前的噴流發射理論相當吻合。(水星至太陽距離約為 0.4 個天文單位,約為噴流噴發位置的八倍遠。)
新發現顯示,在原恆星周圍吸積盤(太空漢堡)最內圈區域,噴流的確將物質的一部分角動量帶走了,減慢了那裡的轉動,因此,中心恆星才能從吸積盤獲得物質。
未來展望
這項研究開啟了未來利用 ALMA 高解析力,來觀測圍繞原恆星的旋轉噴流之可能性,這對恆星形成領域的噴流形成論述,具有極重要參考價值。此外,這項觀測對其它類型天體的觀測具有啟發效應,譬如星系裡的活躍星系核,在星系尺度上或許正扮演著和原恆星噴流類似的角色,具有帶走盤面角動量的功能。
其他參考資料:
- 研究論文篇名是 A Rotating Protostellar Jet Launched from the Innermost Disk of HH 212,發表於Nature Astronomy
- 研究團隊名單:李景輝(臺灣中研院天文所;臺灣臺灣大學),賀曾樸(臺灣中研院天文所;東亞天文臺)、李志雲(美國維吉尼亞大學)、平野尚美(臺灣中研院天文所)、張其洲(美國哈佛史密松天文物理中心)、尚賢(臺灣中研院天文所)。
本文改寫自中研院新聞稿。