走进恒星形成反馈

作者: 段言

来源: 中国科学院国家天文台

发布日期: 2023-02-26

本文探讨了恒星形成过程中的反馈机制,特别是分子外向流和分子气泡的研究历史和重要性。文章还介绍了国家天文台李菂研究员团队在低质量恒星形成反馈方面的研究成果,以及恒星形成对星际介质结构和演化的影响。

四百年前,伽利略制造出第一台望远镜,开启了人类科学观测宇宙的序幕。第二次世界大战后微波和雷达技术被广泛应用于基础科学的研究,推动了射电天文学的发展。人们发现微波频谱能够揭示星际“暗云”内部的信息。星际“暗云”在人类肉眼可见的电磁波段不发光,主要由分子气体和尘埃组成,故称为分子云。银河系中千亿颗恒星就诞生于此。

恒星是宇宙的基本单元。恒星形成是天体物理的基本问题之一,它与整个天文学有密切的联系,如宇宙学、星系、星际介质等。研究发现,恒星在形成的过程中,会经历一个剧烈的质量抛射的过程。年轻恒星天体(Young Stellar Objects,YSOs)的强的星风吹出,会裹挟深埋的气体,向周围星际介质注入能量和角动量,影响星际介质的结构和演化。

分子外向流最早是由Zuckerman,Kuiper和Rodriguez-kuiper(1976年)以及Kwan和Scoville(1976年)在猎户座分子云核中发现的。在射电波段,一氧化碳的转动跃迁谱线的速度范围超过150 km s-1,大大超过了这类分子云通常5 km s-1的谱线半高全宽。同时,氢分子激波激发的红外谱线也被探测到,速度超过50 km s-1。

毫米波和红外谱线的探测共同支持了高速分子气体运动的存在。

分子气泡对云的影响大于外向流。以金牛座分子云为例,对动力学时标的估计表明,分子气泡会比外向流存在更久的时间。因此,分子气泡对分子云的能量注入可以持续更长的时间。巡天结果表明,金牛座中的分子气泡总质量约为外向流量的110倍,向分子云注入的总能量约为外向流的24倍。

国家天文台李菂研究员带领国际团队一直致力于银河系内低质量恒星形成反馈的研究。2015年,李会贤等人发表了金牛座外向流和分子气泡的大样本巡天结果,共探测到55个外向流和37个分子气泡。研究结果表明,恒星形成反馈的能量注入率能够维持分子云中湍流的耗散,为金牛座分子云的能量来源提供了重要的观测证据。

就像它的消亡一样,恒星的诞生也会在茫茫太空中留下壮观的景象,陈列于种种分子云中。

在好奇心的驱动下,于五十年间,我们制造最精密的仪器,建立最前沿的理论,得以看到恒星千姿百态的诞生。我们只是宇宙历史中的一瞬,但我们的文明使我们目睹恒星形成的每一种进程,预知每一种未来,理解每一种初生,在时间与空间的维度里还原恒星形成的绚烂与分子云的壮丽。人类在茫茫宇宙中踽踽独行,但人类不孤独,因为众星繁密,霞卷云舒,同垂不朽。

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