餵食著恆星寶寶的太空漢堡上面有……啤酒

(中央研究院天文及天文物理研究所研究成果,發表時間:2018年9月4日)

中研院天文學家李景輝團隊使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA)在一個非常年輕的原恆星周圍發現了一個非常小的吸積盤,成小圓麵包狀。這項發現將吸積盤可能成形的時間向前推了好幾倍,強烈挑戰現有的吸積盤形成理論。另外,本次研究還偵測到一個細小的旋轉外流,可能與吸積盤形成中可以帶走角動量並使盤得以形成的「吸積盤風」有關!

「ALMA強大的觀測能力可以解析半徑小到15個天文單位的吸積盤」中研院天文所李景輝研究員表示:「因此我們才能觀測到這個比此前曾解析過的最小吸積盤還更小數倍的盤,藉由把盤的成形時間向前提早好幾倍,更強的挑戰現有的吸積盤形成理論。結合之前較年老吸積盤的研究結果,我們的研究結果支持盤的半徑大小和原恆星質量成線性增長,這支持了『早開始,慢成長』的理論。」(註:吸積盤究竟從何時開始形成,成長速度快慢又如何,學界有兩派理論,另一種是「晚開始,快成長」)。

HH 211 原行星系統中的噴流、盤,以及外流。上半部合成圖示意噴流系統全貌。

下半部灰色框內局部放大至中心原恆星周圍最內圈的區域,示意「盤」和「外流」細節。星號標記的是中央原恆星可能的位置。灰色箭頭顯示向外噴的噴流轉軸位置,橙色部分顯示的是ALMA在次毫米波拍到的塵埃盤。原行星盤繞著噴流轉軸而轉動。藍色和紅色的圖像顯示了源自原行星盤的外流正在轉動,因此兩側各有不同運動方向,藍色代表「藍移」,紅色代表「紅移」。

圖像版權:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/李景輝團隊

左圖是原恆星盤 HH211:小圓麵包,為了和右邊的HH212盤(太空漢堡)比大小,盤的方向已調整為和 HH212 一致。兩圖的右下都是以「太陽系的海王星公轉軌道」作比例尺。圖像版權:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/李景輝團隊

HH211是位在英仙座其中一個極年輕原恆星系統,距離地球770光年。在這個系統的中心恆星年齡只有1萬年,約太陽年齡的五十萬分之一,質量不到太陽二十分之一;具有強力的雙極噴流,顯示出它吸積的效率應該很高。

在過去,當望遠鏡解析力約為50個天文單位時,只能看到該處貌似有個小塵埃盤。現在ALMA解析力提升到7個天文單位,比先前更精細7倍,不僅實際偵測到塵埃盤,而且在次毫米波段,成功解析這個盤的結構。此盤幾乎是以側面面對地球,半徑約15個天文單位,是個正在餵食它中心恆星的吸積盤。盤有相當的厚度,顯示在次毫米波段發光的塵埃顆粒目前還沒有沉澱到中間層的位置並穩定下來。先前觀測到年齡較大的HH212塵埃盤看起來如果像漢堡,新觀測到的這個更年輕好幾倍的吸積盤可以說是像個小圓麵包。看來小圓麵包的這個盤有可能會在稍晚的時期長成大漢堡吸積盤。另外,本次也觀測到一個細小的旋轉外流!可能與盤形成中可以帶走角動量並使盤得以形成的「吸積盤風」有關。

這項觀測對未來更多運用ALMA高解析度成像力,去直接偵測並描繪環繞在極年輕新生原恆星周圍之小吸積盤,開啟相關研究的可能,對恆星盤形成理論以及恆星形成的餵食都能提出更多限制條件。

註1:「 1天文單位」指的是太陽到地球的平均距離,即在天文圖像中之比例尺中常見的 AU

本研究論文發表於2018年8月10日出版的天文物理期刊,篇名:“ALMA observations of the very young Class 0 protostellar system HH 211-mms: a 30-au dusty disk with a disk-wind traced by SO? ”,第一作者:李景輝。連結:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aad2da/meta.

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中央研究院天文及天文物理研究所科學成果發表: https://www.asiaa.sinica.edu.tw/news/sciencehighlight.php