恆星的質量決定了整個生命歷程,但對於被塵埃重重包裹的年輕恆星來說,精確測量質量是一大難題。所幸,現在新的電波觀測正在改變這種困境,天文學家正在以前所未有的精確度測量獵戶座分子雲複合體中的年輕恆星,幫助揭開它們的質量之謎。
質量較小的類太陽恆星可以穩定燃燒100億年,然而質量巨大的恆星在短短數百萬年內就會以超新星爆發的形式結束生命。恆星質量也決定它們會形成那些重元素,例如碳、氧和鐵,這些元素構成了行星和生命的基石。
研究團隊利用超長基線陣列(VLBA)追蹤獵戶座中一組年輕雙星系統的軌道。雙星系統是由兩顆圍繞共同質心運行的恆星組成,透過電波以高精度觀測這些舞動的軌道,研究人員無須依賴理論模型即可計算出恆星的真實質量。獵戶座的年輕恆星被濃密的氣體和塵埃雲所籠罩,阻擋了可見光甚至紅外線到達大多數望遠鏡。VLBA透過無線電波(5 GHz)進行觀測來克服這個難題,因為在該波段塵埃是透明的,而且陣列極高的角解析力(亞毫角秒)可以分辨出在其他波段下模糊不清的緊密雙星系統。
VLBA能夠偵測到數千公里之外比人類頭髮絲還細的天體運動,這意味著能透過重複觀測,測量恆星在數月甚至數年內視位置的微小變化,進而追蹤其運行軌跡。透過比較不同時期恆星位置的變化,他們可以觀測到伴星引力作用下產生的細微軌道運動,並利用這種運動推論系統中每顆恆星的質量。
在那些能夠將測量質量與年輕恆星演化標準模型進行比較的系統中,結果憂喜參半:有些模型與實測結果吻合,而至少有一個模型與實測結果存在明顯偏差,這表明這些模型可能仍需改進。觀測也發現了先前未被發現的近距離伴星,並證實了在質量相對較大的年輕恆星中,強烈的磁性活動可以持續存在。
獵戶座分子雲複合體中的年輕恆星是未來行星系統的基石,就像我們自己的太陽系一樣。 這些精確的質量測量使獵戶座成為了一個精密的實驗室,可以用來研究年輕恆星如何形成和演化。
(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為描繪獵戶座分子雲複合體中年輕雙星互繞的藝術家圖像。由於氣體和塵埃雲遮蔽了這些系統在可見光和紅外線波段的觀測,利用VLBA在電波波段的觀測可以精確追蹤軌道運動推估質量,來源:NRAO)






