新的观测证实了恒星形成的重要一步

独孤一山隙

艺术家对年轻恒星周围吸积盘几何形状和外流旋转盘风的印象。向我们移动的盘风区域出现了蓝移，因此在图像中是蓝色的；远离我们的区域是红移的(红色)。信用:t .米勒，r .劳恩哈特(MPIA)

（）据马克斯·普朗克学会：新的观察证实了恒星形成过程中的一个关键步骤:由分子组成的旋转“宇宙风”，这对坍缩的气体云充分收缩以形成高温、致密的年轻恒星至关重要。

这一结果是从无线电观测中获得的，结合了一项复杂的分析，使天文学家能够比以往任何时候都更详细地探测暗云CB26中年轻恒星周围的物质流。这项工作已经发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

马克斯·普朗克天文研究所的组长Ralf Launhardt和他的同事进行的观察已经确定了新恒星形成的标准场景的重要部分:气体云如何坍缩产生新恒星的机制，而不会在这个过程中被自己的旋转撕裂。

当宇宙氢云中的气体在自身重力下坍缩，温度上升时，新的恒星就形成了。超过一定的密度和温度阈值，核聚变开始，氢核融合形成氦核。这个过程释放的能量是恒星发光的原因。但是有一个复杂的问题。宇宙中没有完全静止的气体云——所有的云都至少会旋转一点。当气体收缩时，旋转变得越来越快。物理学家称之为“角动量守恒”

在天文学之外，从花样滑冰中可以知道:当花样滑冰运动员想快速旋转时，他们伸出双臂和一条腿开始缓慢旋转。然后，它们将四肢拉向自己的旋转轴，旋转速度会大大增加。

问题及其(潜在)解决方案

对于恒星的形成，这意味着一个潜在的问题。快速旋转需要离心力，将物质抛离旋转轴。对于秋千或旋转木马来说，这是乐趣的一部分:当旋转木马旋转时，乘坐者的链条支撑的椅子被甩向外面。另一方面，对于原恒星来说，离心力可能是致命的:如果当云坍缩并加速旋转时有足够的物质被甩出，那么最初可能就没有足够的物质来形成原恒星。

这就是所谓的恒星形成的“角动量问题”。至少在20世纪80年代，人们找到了这个问题大部分的理论解决方案。随着更多的物质落到新生的中心原恒星上，它形成了所谓的吸积盘:一个由气体和尘埃组成的扁平旋转圆盘，其物质最终将落到中心的原恒星上。

吸积盘背后的物理学相当复杂:盘中的一些气体变成了等离子体，氢原子分裂成一个电子和一个质子。当等离子体在圆盘中旋转时，会产生磁场。这个磁场反过来会影响电浆流:少量的电浆会沿着磁力线飘散。

偶尔，漂移的等离子体粒子会与(电中性)分子发生碰撞；结果是一些分子气体也被带走了。这些分子组成了“盘风”，可以从盘带走相当大的角动量。角动量的损失减缓了旋转，减少了离心力，可以解决原恒星的角动量问题。

从假设到观察

起初，这一情景只不过是一个似是而非的假设。对地球上的观测者来说，像吸积盘这样的结构，即使是围绕着最近的新生恒星，也确实非常小。这就是为什么天文学家花了20多年时间才找到这种质量流中旋转的初步证据:2009年，马克斯·普朗克天文研究所的Ralf Launhardt和他的同事们能够观察到一颗年轻恒星周围的小氢云中的流出，命名为CB26。CB26距离地球不到460光年，是已知的离原恒星最近的盘状系统之一。

正在讨论的观测是用工作在毫米波长的射电望远镜进行的，在这种情况下，是一种叫做Plateau de Bure干涉仪的天线阵列。实际上，这种天线以一种巧妙的方式组合在一起，使它们像一个更大的收音机碟形天线。这种射电望远镜可以探测不同种类分子特有的辐射——在这种情况下，是一氧化碳(CO)。当分子朝着或远离观察者移动时，这种特征辐射会转移到稍微更长或更短的波长(“多普勒频移”)，这反过来允许天文学家沿着视线跟踪气体运动。

2009年的观测表明，年轻恒星的气体流出确实在运动，而且是以人们所期望的旋转盘风消除角动量的正确方式。但是他们无法提供足够精细的细节来判断风从圆盘中发出时离恒星的距离——这是一个关键的属性(想想“杠杆作用”)，它决定了气流可以带走多少角动量。

观察旋转的圆盘风

现已公布的新结果确定了这个案子。对于这项工作，Launhardt和他的同事能够以更高的角度分辨率进行观察。他们使用了Plateau de Bure天文台的一种配置，在这种配置中，无线电天线比他们第一次观测时放置得更远。他们还建立了一个复杂的圆盘物理化学模型，这使得他们能够区分来自圆盘的贡献和来自圆盘风的贡献。

所有这些都让天文学家能够精确定位锥形外流的尺寸:在圆盘附近，圆锥下端的半径大约是地球到海王星距离的1.5倍——对于圆盘风带走大量角动量来说绰绰有余。这是第一次直接从(重建的)图像中确定这些尺寸。

有了这些测量，论点就成立了:盘风确实可以解决原恒星的大部分角动量问题。劳恩哈特和他的同事们还能够将他们的测量结果与2009年论文发表以来发表的其他九个年轻的星盘系统中的盘风维度的间接重建进行比较。

这一比较显示了一个明显的趋势，即盘面上盘风起源区域的平均半径随着时间的推移而增大:开始时，在最初的几万年里，盘面风高度集中，而在大约一百万年后，盘面风更加分散。

后续步骤

天文学家已经在计划下一次对CB26的观测。同时，Plateau de Bure干涉仪已经升级。新的天文台被称为NOEMA，有12个天线，而不是以前的6个，它提供的配置可以梳理出比前一个两倍小的细节。

但是，虽然这些改进有相当大的希望，但关键的一步是本文中采取的一步:坚定地确认盘风确实是最初允许原恒星形成的主要因素，并解决了角动量问题。