Only Perception: 星際磁場支配大質量恆星形成

2009-06-13

星際磁場支配大質量恆星形成

【聯合晚報╱記者林進修/台北報導】 2009.06.12

中央研究院天文及天文物理研究所籌備處美國籍工程師羅洛博士 (Ramprasad Rao)參與的國際研究團隊發現，星際磁場確實支配著大質量恆星形成的過程，一舉解開困擾天文學界數十年之久的難題。這項研究成果今天刊登在全球頂尖的「科學」 (Science)期刊上。

專長研究星球形成的國際知名天文學家、中研院院士徐遐生對這篇研究表示肯定。他說，本研究發現低質量與高質量恆星的形成具有一致性，此一重要突破，將有助於研究外星系恆星的形成。

所謂「大質量恆星」，是指質量大於8個太陽質量的恆星，在銀河系中，大質量恆星只占所有恆星的1%，但由氣體和塵埃組成的星際物質，其外觀、演化情形和重元素，卻都由大質量恆星支配。但大質量恆星到底如何？學術界幾十年來無定論。

中研院天文及天文物理研究所籌備處研究助技師曾耀寰博士表示，恆星形成於分子雲內部，但磁場在分子雲坍縮期扮演何種角色，一直無法獲得證實。

如今，由西班牙太空研究所吉拉特博士 (Josep Miquel Girart)領導，成員包括西班牙、美國及台灣天文學家的研究團隊，觀測分析一個名為G31.41+0.31、高溫且稠密的分子雲，最後確認大質量恆星在形成過程中，磁場確實扮演極重要的角色。

吉拉特博士指出，他們研究團隊推論出整個分子雲的磁場結構，而這個分子雲呈沙漏狀形狀，也和他們三年前發現環繞在一個類太陽原恆星旁的磁場相似。

G31.41+0.31分子雲座落在巨蛇座內，距離地球2萬3000光年之遙。分子雲內的塵粒排列有向磁力線對齊的傾向，因此塵埃的發射譜線呈現偏極化。這個分子雲將會是許多非常年輕的大質量恆星的誕生地。

◆ 中研院證實　星際磁場支配大質量恆星形成

NOWnews.com 科技中心／綜合報導 2009/06/12

中研院天文及天文物理研究所籌備處美國籍工程師羅洛博士(Ramprasad Rao)參與的國際研究團隊發表成果顯示，星際磁場確實支配著大質量恆星形成的過程。這項研究成果已發表於6月12日出版的Science 期刊上。

所謂大質量恆星指的是質量大於八個太陽質量的恆星，在本銀河系中，大質量恆星只佔所有恆星的百分之一，然而，星際物質(由氣體和塵埃組成)的外觀與演化情形和重元素的產生，卻是由大質量恆星所支配。關於大質量恆星如何形成的問題，在學術界已經討論了好幾十年。

恆星的形成於分子雲內部。在分子雲坍縮期間磁場所扮演的角色，一直是恆星形成過程中，最大的未知數之一。到目前為止，由於缺乏直接測量的資料，使得過去一直有個假設：紊流支配著分子雲的分裂。

這個研究團隊由西班牙太空研究所（簡稱CSIC-IEEC）吉拉特博士(Josep Miquel Girart)領導，成員包括Arcetri Observatory的貝爾崇博士(Maria Teresa Beltrán)、美國哈佛-史密松天文物理中心的張其洲博士、西班牙巴塞隆納大學的艾斯特拉博士(Robert Estalella)、以及本院天文所的羅洛博士等。他們對一個名為G31.41+0.31、高溫且稠密的分子雲，進行了解析度極高的觀測。此一分子雲是許多非常年輕的大質量恆星的誕生地。

該項觀測利用的儀器是全球第一座次毫米波段的干涉陣列 ─ 次毫米波陣列(SMA)。此陣列由本院天文所與美國史密松天文台合作興建，由8座直徑6米的天線所組成，座落於海拔約4080公尺的夏威夷毛納基峰上。

G31.41+0.31分子雲座落在巨蛇座內，距離地球兩萬三千光年之遙。分子雲內的塵粒排列有向磁力線對齊的傾向，因此塵埃的發射譜線會呈現偏極化。

吉拉特博士說：「從SMA偵測到極化的塵埃粒子發射譜線，我們藉此推論出整個分子雲的磁場結構。我們發現其形狀為沙漏狀，這與我們三年前發現的、環繞在一個類太陽原恆星旁的磁場相似。然而，尺度很不同，與三年前研究過的分子雲相比，G31.41+0.31的大小有二十倍大、質量有兩百倍以上、亮度則為十萬倍。」

貝爾崇博士則表示，「此外，我們發現磁場是控制分子雲坍縮的主要力量」。而艾斯特拉博士補充說明：「仍然有很多待解的問題。這個大質量分子雲內很可能會形成好幾百顆的恆星。現在還不清楚這樣的情況如何發生」

專長研究星球形成的國際知名天文學家本院徐遐生院士，對這篇研究表示肯定。他說，本研究發現低質量與高質量恆星的形成具有一致性，此一重要突破將提供研究外星系恆星形成極為重要的環結。

曾任次毫米波陣列的計畫科學家，同時也是吉拉特、貝爾崇和張其洲等人的博士論文指導教授，目前擔任本院天文所籌備處主任的賀曾樸院士表示: 「SMA當初建造目的之一就是研究塵埃的極化和分子雲內的磁場。我們有能力解析出磁場結構，這對了解磁場如何支配恆星形成的過程，實在是很重要的一步。這些是SMA目前為止所達成的最重要成就之一。更進一步的研究會利用目前正在智利北部興建中的大型毫米及次毫米波陣列（ALMA），其觀測能力比 SMA更加強大。」

ALMA是由東亞、歐洲及北美的科學團隊與智利合作推動的國際計畫，同時也是有史以來最巨型的地面天文觀測計畫。目前此望遠鏡正在智利沙漠海拔五千多公尺的高原興建中，預計未來十年內，會開始全面進行科學方面的觀測運作。屆時天文學家對行星、恆星、星系等天體形成機制的認知，將可望因而獲得革命性的進展。

※ 超新星是 Super Nova。相關報導：

＊ Magnetic Fields in the Formation of Massive Stars
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/324/5933/1408

Josep M. Girart, Maria T. Beltran, Qizhou Zhang,
Ramprasad Rao, Robert Estalella
Science 12 June 2009: Vol. 324. no. 5933, pp. 1408 - 1411
doi: 10.1126/science.1171807

...We find that the evolution of the gravitational collapse of the hot molecular core（HMC）is controlled by the magnetic field. The HMC is simultaneously contracting and rotating, and the magnetic field lines threading the HMC are deformed along its major axis, acquiring an hourglass shape. The magnetic energy dominates over the centrifugal and turbulence energies, and there is evidence of magnetic braking in the contracting core.