天文學家利用陣列射電望遠鏡捕捉到恆星死時噴出氣體的形態

太陽將會在超過五十億年的生命中終結，從一顆老而大的膨脹恆星中流出的氣體似乎會根據伴星和行星的影響或流出的氣體量而變化為各種形狀。

天文學家使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，縮寫ALMA）射電望遠鏡進行的觀測比以往任何時候都更清楚地捕獲一些年老恆星爆發氣體的恆星風。以這種方式噴發的氣體產生了多樣而吸引人的行星狀星雲。在該觀察中，拍攝到從恆星噴射後的氣體具有不對稱的形狀。氣體的不對稱形狀非常類似於行星狀星雲，顯示這兩種形狀均由共同的機制決定。天文學家還發現，形狀根據從老星釋放的氣體的速率而變化，並且形狀根據到繞老星運行的伴星體的距離而變化。研究結果發現，形狀複雜的行星狀星雲的形成機制。

隨著年齡的增長，像太陽這樣的恆星會膨脹並且變涼，演變成為紅巨星。一種叫做恆星風的氣體從紅巨星的表面流出。隨著演化的進一步發展，恆星的熱核暴露出來，而且發出的強烈的紫外線將使周圍的氣體發光。 這個階段稱為「行星狀星雲」。

到目前為止，大約八成的恆星具有球狀對稱的恆星風，其餘的兩成。 來自恆星的恆星風具有不對稱的形狀。另一方面，由於行星狀星雲的形狀極為不同，因此如何構造複雜的行星狀星雲一直是一個謎。

比利時荷語天主教魯汶大學（University of Leuven）以利安·德辛（Lean Dessin）教授為首的研究團隊使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡以高分辨率觀察從十四顆紅色巨星噴發的恆星風，並拍攝了恆星附近的恆星風。 然後，為了比較天體之間的結構差異，進行了統一的數據分析。

德辛教授表示，數據分析結果使研究團隊感到驚訝，我們所看到的完全超出球體的對稱性，其中一些非常類似於行星狀星雲的形狀，顯示它們是由共同的機制產生的。

研究小組將通過觀測將結構分為盤形、渦旋形和圓錐形的三種類形，證明恆星狀結構並非隨機產生。團隊還發現，形狀取決於紅色巨人的氣體釋放速率。氣體釋放率高時，通常為螺旋狀，氣體釋放率低時，傾向於呈圓盤狀。

那麼，為什麼有可能產生最初不是球對稱的恆星風呢？ 如果在變老的恆星附近存在質量較低的伴星或行星，這種效應會使恆星風的形狀變形。這些伴星體積細小又暗黑，很難通過觀測直接發現。情況如同將牛奶倒入咖啡中，並用勺子攪拌時，牛奶會起漩渦作用。團隊認為，伴星體吸入周圍的氣體，該氣體圍繞恆星旋轉，從而形成恆星結構。

研究小組還使用理論模型來證明恆星風的形狀可以通過伴星體的影響來解釋。恆星風的形狀也根據年老恆星與伴星之間的距離而變化。

通過結合這些結果，研究團隊成功建立了一個統一模型，其中恆星風的形狀根據氣體釋放速率和與同伴之間的距離的差異而變化。到目前為止，許多關於恆星演化的理論計算都是基於這樣的過程，即是太陽這一類的恆星以球對稱的方式噴出恆星風，今次的發現大大改變這種狀況。直到現在，尚未充分考慮到恆星風的結構複雜性，因此，利用恆星風估算質量排放率的錯誤多達十倍。因此研究團隊將繼續研究類似恆星的結構如何影響恆星和星系的演化。

【圖、文：節譯自阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡天文台2020年9月18日新聞公佈】研究結果刊登在2020年9月18日出版的《科學》期刊