恆星寶寶如何形成?秘訣是加入蓬鬆分子云

要了解宇宙是如何形成的以及我們是如何來到這裡的,古老的恆星是一些最適合研究的對象——然而天文學家對它們形成的條件卻知之甚少。主流的宇宙學理論認爲,恆星是在足夠大且密集、具備產生新恆星所需條件的分子云中形成的。然而,這些專家對這些條件的一些細節一直不確定。那些被稱爲分子云的星際搖籃裡到底是什麼樣的呢?

根據《天體物理學雜誌》上的一項近期研究,一些形成恆星的分子云可以用一個人們通常不會與恆星聯繫在一起的形容詞來描述:毛茸茸的。

日本九州大學的科學家與大阪公立大學的研究人員合作,通過研究小麥哲倫雲(SMC)瞭解到這一點。小麥哲倫雲是一個靠近銀河系的矮星系,距離地球大約2萬光年。由於小麥哲倫雲所含的重元素大約是銀河系重元素的20%,人們認爲它與100億年前早期宇宙的宇宙環境非常相似。這就是天文學家使用智利的阿塔卡馬大型毫米波陣(ALMA)射電望遠鏡的原因,它的強大功能足以捕捉到小麥哲倫雲的高分辨率圖像。

“我們的研究源於一個基本問題:早期宇宙中的恆星形成是如何發生的?”日本福岡九州大學地球與行星科學教授德田和樹博士告訴《沙龍》雜誌。

接下來,科學家們收集了一個數據集,涵蓋了與大質量年輕恆星天體相關的17個不同的分子云。德田解釋說,雖然協調來自多個項目的數據可能具有挑戰性,但這也提供了一個“獨特的機會”。

德田說:“我們專注於這些數據集中尚未被充分探索的方面,這種方法不僅考驗了我們整合不同觀測結果的能力,還揭示了有關小麥哲倫星系(SMC)中恆星形成區域演化的有趣細節。”

這就是“蓬鬆度”(指物質結構的鬆散程度等相關概念)因素起作用的地方。德田和其他科學家想要了解在恆星形成過程中是否會形成細絲(一種纖維狀結構),因爲這揭示了它們的密度和整體組成的關鍵細節。在論文中,研究人員得出結論:“即使在恆星形成過程中形成了細絲,它們的陡峭結構可能會變得不那麼明顯,並轉變爲低溫狀態。”儘管之前對銀河系的觀測表明,這些細絲存在於成爲恆星形成場所的分子云中,但阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)對小麥哲倫星系的研究表明,恆星也可以在更蓬鬆的條件下形成。

德田說:“近期對我們銀河系的觀測越來越突顯出纖維狀分子云作爲恆星形成主要場所的重要性。然而,在過去十年中,更爲彌散狀、蓬鬆的分子云沒有得到太多關注。”

雖然這些結構比具有纖維狀結構的分子云更輕,但它們在其他關鍵方面仍然非常相似。

德田在該研究附帶的 新聞聲明 中說:“像重元素充足供應這樣的環境對於維持纖維狀結構至關重要,並且可能在行星系統的形成中發揮重要作用。未來,將我們的結果與在富含重元素環境(包括銀河系)中的分子云觀測結果進行比較將非常重要。此類研究應該會爲分子云以及宇宙的形成和時序演化提供新的見解。”

研究人員確定,恆星可以在各種各樣的結構中形成,但絲狀雲和非絲狀雲的物理特性存在“系統性差異。前者相對於其柱狀密度往往具有更小的速度離散度,並且表現出更高的溫度。”此外,絲狀雲往往具有更快的速度,並且相對於其柱狀密度寬度不斷增加,“這與在[大麥哲倫星雲]中觀察到的關係一致”,大麥哲倫星雲是銀河系附近的一個矮星系。

最後,他們補充說:“在絲狀雲中觀測到的高溫表明,它們可能保留了與其雲形成相關的受熱條件。此外,在一些絲狀雲中發現了帶有原恆星噴流的[年輕恆星天體]。

當他們對小麥哲倫星雲的研究與關於其他星系的不斷增長的知識體系綜合起來時,(如果Tokuda有對應的準確漢字名字,請替換此處,如果沒有可添加註釋說明這是音譯)告訴《沙龍》雜誌,他希望有一天天文學家能夠“加深我們對分子云在不同條件下如何形成和演化的理解”。

哈佛大學天文學家阿維·勒布(Avi Loeb)博士告訴《沙龍》(Salon)雜誌,這篇論文揭示了一個此前神秘的有關宇宙歷史的故事。

“數據表明,最年輕的恆星是在氣體絲狀物中形成的,”勒布說。“隨後,氣體冷卻並分裂成之後形成的恆星,其結構不那麼呈絲狀。在重元素更富集的恆星形成環境中,不存在這種現象。”

他還補充說:“這種新現象爲原始氣體被重元素富集之前的早期宇宙中的恆星形成方式提供了新線索。”