天文學家首描繪出星雲三維結構,解開恆星搖籃地真面目

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 14 日 16:58 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

我們知道大部分恆星誕生自太空中的分子雲,但究竟是什麼條件決定了新生恆星的數量與種類?幾十年來困惑著天文學家的謎團在最近有了重要飛躍,兩名希臘天文學家設法利用磁波與雲氣相互作用後留下的「條紋」,第一次模擬出星際雲的三維結構(過去我們只有平面二維結構)。藉此,我們將能了解更多星際雲的化學與物理特性。



星雲是塵埃、氫氣、氦氣、和其他電離氣體聚集的星際雲,同時也是恆星誕生之地(氣體、塵埃與其他材料擠在一起聚集之巨大質量足以形成恆星),其中有些星雲含有大量氣體分子而稱為分子雲(Molecular cloud 或稱 Stellar nursery),主要由氣體與固態微塵組成,規模沒有一定範圍,但直徑最大可超過 100 光年,總質量可達太陽質量 100 萬倍。

美國太空總署(NASA)哈伯太空望遠鏡就曾在一個名為鷹星雲(NGC 6611)的疏散星團周圍刻劃出最著名的星雲影像「創生之柱」。

▲ 著名星雲影像「創生之柱」。(Source:By Credit: NASA, Jeff Hester, and Paul Scowen (Arizona State University) [Public domain], via Wikimedia Commons

氫分子(H2)是分子雲中最普遍的組成物質,據估計,每 1 立方公分的分子雲內大約有 1 萬個氫分子;而在物質較密集的區域(如分子雲核心),每 1 立方公分內則約有 10 萬個氫分子。除了氫以外,分子雲內亦有不少經由核融合生成的元素,這些元素是多數恆星的主要組成物質,甚至剩餘物質還能繼續構成行星系與其他天體,太陽系就是自分子雲中誕生的例子。

了解星際雲的三維結構,就能了解雲塵如何分解成更小的碎屑並形成恆星,但事實上,星雲內大量的氫氣往往會阻擋望遠鏡觀察恆星發出的光,就連口徑最大、最先進的光學望遠鏡都無法看清,也因此過去天文學家很難研究這些雲層,只能將它們看作平坦的二維結構(儘管我們知道實際上是三維結構),對於星際雲有多密集、整體是什麼形狀、內部構造都知之甚少。

但希臘克里特大學天文學家 Konstantinos Tassis 與現為澳洲國立大學科學學院博士後研究員的 Aris Tritsis,已經設法利用磁波(magnetic wave)與星雲相互作用時留下的條紋狀痕跡,模擬出「蒼蠅(Musca)」星雲的三維結構,該處距離地球約 500 光年。

當被困在雲中的磁波與星雲相互作用時,會留下一條條有序的髮狀條紋,利用這些條紋天文學家可以建出星際雲的三維模型;此外,就像大提琴與小提琴因空氣振動頻率不同發出不一樣的音調,不同大小、結構的星雲也會產生不同振動,讓每一條條紋像獨一無二的指紋,天文學家能因此繪出各星雲的真實形狀。

過去,從二維結構中我們只能看到星雲像一條細針,現在我們能看見星雲像一片有長寬高的大餅,據《洛杉磯時報》報導,其延伸約 24 光年、寬 18 光年、厚 1 光年,換句話說,這片星雲範圍比我們以前認知的還要大上 10 倍,密度也比預期小得多。

掌握了星雲三維結構後,其他科學家將可以獲得更多星際雲的化學物理訊息,並了解磁力在內部恆星形成過程中發揮關鍵作用。新論文發表在《科學》期刊。

(首圖為二維視圖、被戲稱為中指星雲的分子雲,來源:By NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley), and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); credit for CTIO Image: N. Smith (University of California, Berkeley) and NOAO/AURA/NSF [Public domain], via Wikimedia Commons