銀河系中心的黑洞旁出現一顆確實存在的嬰兒恆星

由科隆大學天體物理學研究所的弗里安·佩斯克（Florian Peißker）博士領導的一個國際研究團隊在我們銀河系中心的超大質量黑洞 Sagittarius A* (Sgr A*) 附近發現一顆處於形成階段的非常年輕的恆星。

這顆恆星只有幾萬年的歷史，比人類還要年輕。X3a 恆星的特別之處在於理論上它根本不應該能夠在距離超大質量黑洞如此之近的位置存在。然而，研究團隊認為它形成於一個環繞著巨型黑洞的塵埃雲中，並在形成後才沉降到其當前的軌道。

我們銀河系中心的黑洞周圍通常認為是一個具有高度動態過程、硬X射線和紫外線輻射的區域。正是這些條件阻礙了像太陽這樣的恆星形成。因此，天文學家長期以來一直認為，在數十億年的時間內，只有老化的、進化過的恆星才能通過動態摩擦定居在超大質量黑洞附近。

然而，令人驚訝的是，早在二十年前，就已經在 Sgr A* 的直接附近發現了非常年輕的恆星。至今仍不清楚這些恆星是如何到達那裡或在那裡形成。非常年輕的恆星非常接近超大質量黑洞的這種情況稱為「年輕的悖論」（the paradox of youth）。

這顆嬰兒恆星X3a，它比我們的太陽大十倍，重量則是太陽的十五倍 - 現在可以填補恆星形成和 Sgr A* 直接附近的年輕恆星之間的差距。X3a需要特殊條件才能在黑洞的直接附近形成。

佩斯克博士解釋，事實證明，在距離黑洞數光年的地方，存在一個區域，滿足恆星形成的條件。這個區域，一個氣體和塵埃的環，足夠冷卻，並且受到破壞性輻射的屏蔽。

低溫和高密度創造了一個環境，可以形成數百個太陽質量的塵埃雲。這些塵埃雲原則上可以由於雲與雲之間碰撞和散射而快速移動向黑洞的方向，以去除角動量。

此外，非常熱的團塊形成在嬰兒恆星附近，然後可以被X3a吞噬。這些團塊也可能導致X3a一開始達到如此高的質量。然而，這些團塊只是X3a形成歷史的一部分，但仍然無法解釋它如何誕生。

天文學家假設以下情況可能發生：在 Sgr A* 和強烈輻射的重力影響下受到保護，足夠密集的雲可能在銀河中心的外部氣體和塵埃環中形成。這個雲的質量約為一百個太陽，由於自身的重力而坍塌成一個或多個原恆星。

佩斯克博士表示，這種所謂的坍塌時間大約對應於X3a的年齡，觀察顯示，有許多這樣的雲可以相互作用。因此，很可能會有塵埃雲不時落向黑洞。

這種情況也符合X3a的恆星發展階段，目前正在進化成一顆成熟的恆星。因此，氣體和塵埃環很可能是我們銀河中心年輕恆星的誕生地。

研究團隊的捷克馬薩里克大學（Masaryk University）邁克爾·扎亞切克（Michal Zajaček）博士澄清說：「由於其質量約為太陽的十倍，X3a是恆星中的巨人，這些巨人很快就會進化成熟。我們很幸運地在彗星形狀的星周環（circumstellar envelope）中發現了這顆大質量恆星。隨後，我們確定了與年輕年齡相關的關鍵特徵，如圍繞其旋轉的緊湊星周環。」

由於其它星系中也可以找到類似的塵埃和氣體環，所描述的機制也可能適用於那裡。因此，許多星系可能在其中心擁有非常年輕的恆星。計劃中的美國韋伯太空望遠鏡或智利的歐洲南方天文台極大望遠鏡的觀測將測試我們銀河及其它星系的這種恆星形成模型。

【圖、文：節譯自科隆大學天體物理學研究所2023年2月28日新聞公佈】研究全文刊登在2023年2月28日出版的《天體物理學報》；標題是：X3: a high-mass Young Stellar Object close to the supermassive black hole Sgr A*