天文學家首次發現超緻密恆星胚胎

天文學家使用麥士韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope）和阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）射電望遠鏡首次在獵戶座巨分子雲中發現了超緻密恆星胚胎及恆星胚胎的分裂。

年輕新生恆星誕生於分子雲中，也就是太空中冷氣體和塵埃聚集而成的雲氣。分子雲中最稠密的可能形成恆星的區域被稱為星前雲核（prestellar cores）。理論認為，星前雲核會凝聚出超緻密的結構，即恆星的胚胎。過去天文學家試圖在星前雲核中尋找這種恆星胚胎，但大多是徒勞無功。也許是因為它們存在的時間很短，所以很難找到。然而，了解恆星胚胎誕生的時間及演化的過程對研究恆星形成十分重要。

從2018年起，上海天文台劉鐵博士團隊利用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡對獵戶座二十三個星前雲核進行了超高分辨率( ~100倍日地距離)的觀測，系統探測了它們的內部結構。天文學家首次在其中五個星前雲核中發現了超緻密的恆星胚胎，並發現其中的一個恆星胚胎 G205.46-14.56M3 正在分裂形成一對雙胞胎恆星。

台灣中央研究院天文及天文物理研究所的沙德培（Dipen Sahu ）博士說：「這就好像試著研究受精卵剛在母親子宮著床的那一刻，即形成恆星寶寶的最關鍵階段。我們想知道恆星系統是如何形成，就必須在它們誕生之際找到這些孕育恆星的胚胎。 」

研究團隊劉鐵博士表示：「這些包含恆星胚胎的星前雲核非常稀有且珍貴。中國科學院天文大科學中心主導運行的麥士韋望遠鏡在該項研究中扮演了非常重要的角色。麥士韋望遠鏡作在亞毫米波，非常適合搜尋分子雲中寒冷、暗淡但稠密的氣體團塊。麥士韋望遠鏡首先定位了這些獵戶座中的冷的星前雲核。」

麥士韋望遠鏡發現這些星前雲核之後，研究團組轉向了地面最大的亞毫米波陣列射電望遠鏡，即位於智利北部高原沙漠的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡 。台灣中央研究院天文及天文物理研究所的呂聖元博士表示：「阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡為我們提供了前所未有的靈敏度和角分辨率，因此我們可以看到帶有清晰影像的微弱訊號。發現的這些恆星胚胎蘊藏著前所未有的高密度氣體，它們巨大的質量使天文學家認為它們將來會形成新的恆星。G205.46-14.56M3就像裡面有兩個蛋黃的雞蛋一樣，將來很可能形成雙星系統。」

天文學家尚不清楚這些星前雲核中的超緻密結構是如何形成的，有可能是氣體運動、重力和磁場的複雜交互作用。目前阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡的觀測只告訴了我們氣體和塵埃的分佈。未來對這些星前雲核內部氣體運動和磁場的觀測研究將使我們進一步了解恆星形成的這一決定性過程。

沙德培博士認為：「目前檢測出的少量恆星胚胎僅僅是個開始。我相信我們將在未來的觀測中找到更多恆星胚胎，並透過麥士韋望遠鏡、阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡及平方公里陣列射電望遠鏡詳細了解它們的性質。」

劉鐵博士表示：「在我們麥士韋望遠鏡大型觀測中，已經發現一大批緻密的星前雲核。我們正通過國際合作積極申請阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡等著名的大型望遠鏡進行後繼觀測。在不遠的將來，相信我們會捕捉到恆星誕生那一瞬間的精彩畫面。」

【圖：台灣中央研究院天文及天文物理研究所；文：節錄自中國科學院上海天文台網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2021年1月19日出版的《天體物理學快報》