在5500光年外的貓掌星雲中，發現恆星起源的新線索！

2020-10-18 博科園

由CEA-IRFU天體物理系-AIM實驗室領導的一個國際小組，現在獲得了關於恆星質量分布起源的新線索，結合了來自大型幹涉儀ALMA和由歐洲南方天文臺(ESO)和赫歇爾空間天文臺操作APEX射電望遠鏡的觀測數據。多虧了ALMA，天文學家已經在所謂的貓掌星雲中，發現了比在太陽附近觀察到更大質量的原恆星緻密核心的存在，該星雲位於大約5500光年遠的地方。天文學家已經證明，星際細絲的質量分布和恆星質量分布之間存在著密切的聯繫。

母細絲的密度（或每單位長度的質量）是控制新形成恆星質量的關鍵參數。這一發現為恆星質量的起源提供了一條關鍵線索，這些研究結果已發表在《天文學與天體物理學》期刊上。恆星是宇宙的主要組成部分，恆星的生命幾乎完全由其初始質量決定。但是，恆星誕生時質量分布的起源（天文學家稱之為初始質量函數）仍然是一個懸而未決的問題。長期以來，天文學家一直認為恆星是由或多或少的球狀星際雲坍塌而形成。

恆星質量之謎

但從2009年開始，赫歇爾空間天文臺在遠紅外和亞毫米波段進行觀測，揭示了恆星主要是在冷氣的緻密細絲中誕生，從而實現了根本性的研究突破。當這些長絲氣體在溫度僅為~10K(絕對零度以上10度)時，達到每光年長度約5個太陽質量的臨界密度閾值時，質量濃度就足以形成恆星。通過觀測太陽附近的星際雲，赫歇爾衛星的結果表明，所有形成恆星的細絲寬度都差不多，接近0.3光年。在這些雲中，由細絲碎裂形成的恆星特徵質量約為0.3個太陽質量。

但是赫歇爾衛星圖像的靈敏度和解析度，不足以研究更遠雲中的這種碎裂過程。為了更好地理解比太陽質量大得多的恆星，是如何在星際細絲中形成，天文學家不得不使用比赫歇爾天文臺更高解析度的儀器，例如APEX射電望遠鏡上的ARTémis相機和大型ALMA幹涉儀，兩者都位於智利的阿塔卡馬沙漠。ALMA研究重點是一個被稱為NGC6334的大質量恆星形成區域，也被稱為貓掌星雲，位於距地球約5500光年的地方。這個星雲是第一批由ARTémis相機在波長為350μm觀測時「拍攝」的區域之一。

ARTémis圖像顯示，主絲的寬度約為0.5光年，與赫歇爾對太陽附近的測量結果非常相似。來自AIM實驗室的研究人員使用ALMA幹涉儀繪製部分貓掌星雲細絲。反過來，ALMA圖像顯示，該細絲的結構與太陽附近的非常相似，由纏繞在一起的「粗細絲」和原恆星凝聚體組成。但是這些原恆星凝聚在這裡的質量要大一個數量級，這樣看來，星際細絲在質量上以非常相似的方式碎裂，而不管它們的密度如何。但是由細絲碎裂產生的原恆星凝聚特徵質量，隨著細絲的線性密度而增加。

這種密切的關係，第一次被證明，強化了在緻密分子氣體的細絲中，形成恆星可能是一個準宇宙過程的觀點。這樣的細絲代表恆星誕生的基本「積木」，而細絲密度（或每單位長度的質量）似乎是最終決定所形成恆星質量的關鍵參數。因此，恆星的質量分布將部分地「繼承」於細絲線密度的分布。但是恆星質量之謎還沒有完全解開，作為這項研究的結果，一個新問題出現了：恆星形成絲密度分布的起源是什麼？研究人員懷疑磁場和細絲內部磁力線的組織在這裡起著重要作用。

博科園｜研究/來自：Astronomy & Astrophysics

參考期刊《天文學與天體物理學》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935689

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