巨型分子氣體旋臂中研院發現大質量恆星的搖籃

王子 | 2015-5-21 13:01:09

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▲ 中央研究院天文及天文物理所研究團隊，觀測發現「巨型分子氣體旋臂」是孕育大質量恆星的搖籃。（圖／取自網路）

中央研究院天文及天文物理研究所研究團隊，藉天文望遠鏡「ALMA」觀測發現「巨型分子氣體旋臂」為孕育大質量恆星的搖籃，研究成果刊登於4月28日出版《天文物理學期刊》（The Astrophysical Journal, ApJ）。

中研院天文所博士後研究呂浩宇領導的國際合作團隊，藉天文望遠鏡阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array，簡稱ALMA）觀測，成功解析埋藏於分子雲G33.92+0.11中心大質量恆星團形成區域之精細結構。觀測結果對以往認知中極為複雜渾沌的大質量星團形成過程提供大幅簡化的幾何與動力學架構。

此項研究為天文學上首次透過ALMA影像證實形成大質量恆星團的分子雲中心埋藏尺度為數光年的巨大有序結構，且顯示該結構具有幾何上類似環繞在低質量原恆雙星（protobinary）周圍的「環雙星盤」般的旋臂，唯尺度與質量皆放大了上千倍。這些緻密旋臂圍繞著的中心大質量分子核，以及旋臂本身，為形成星團中質量最大恆星的搖籃。

大質量星團的形成，一直是天文物理學最難解的問題之一。大質量恆星一旦形成，威力強大的恆星風以及高能量輻射很可能在短時間就將周圍的分子氣體吹散，使得母分子雲中的恆星形成活動驟然停止。然而，夜空中許許多多的星團存在，暗示著自然界一定有形成大質量恆星和星團的方法，也就是形成它們的母分子雲必須有著特殊的幾何與動力學結構。

研究團隊指出，ALMA觀測結果顯示這些大質量星團的母分子雲極有可能發生整體性的重力塌縮，使得分子雲的中心由於殘餘的角動量形成尺度約為3光年，扁平緻密的大質量盤狀氣體結構。形成最大質量恆星的大質量分子核位於該盤狀結構的中心部位。

高密度的盤狀結構形成旋臂，並進一步塌縮形成圍繞中央的衛星大質量分子核(satellite cores)。盤狀氣體結構受自身的高密度屏蔽，不易受到初形成的大質量恆星的恆星風以及紫外輻射的破壞。這就是大質量恆星可以繼續形成的關鍵！

本研究成果的第一作者呂浩宇表示，天文所長期利用次毫米波陣列（Submillimeter Array）在這個領域的耕耘，使得我們對大質量恆星形成的了解可與先進國家一較長短，並幫助系統性地擘劃重要的ALMA後續觀測，逐步破解關鍵問題。

這項研究計畫由台灣科技部、People Programme (Marie Curie Actions) of the European Union’s Seventh Framework Programme、及墨西哥CONACYT計畫經費支持。論文作者包括：中央研究院天文及天文物理研究所呂浩宇、墨西哥國立大學電波天文及天文物理研究所Roberto Galvan-Madrid、倫敦大學[本項工作完成時於歐洲南天天文台] Izaskun Jimenez-Serra、墨西哥國立大學天文研究所Carlos Roman-Zuniga、哈佛史密松天文台張其洲、維吉尼亞大學天文所李志雲、清華大學天文所陳惠茹。

＊「G33.92+0.11」為天體的名稱，天文學上以天體的座標為天體命名。
「33.92」為此天體的經度，「0.11」則是緯度。