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韋布太空望遠鏡拍到1300光年外巨蛇座星雲影像,證實恒星形成理論

2024-06-24科學

IT之家 6 月 22 日訊息,NASA 發文,宣布詹姆士韋布(James Webb)太空望遠鏡借助其近紅外相機 (NIRCam) 拍攝到了地球 1300 光年外的巨蛇座星雲(Serpens Nebula)影像。

這張照片不僅本身看起來十分絢麗,最重要的是它還捕捉到了一種科學家期待已久的現象。我們這裏可以將其稱為「雙極噴流」,從而證實了科學家提出的恒星形成理論。

當然,巨蛇座星雲只有一兩百萬年的歷史,從宇宙的角度來看非常非常年輕(科學家估計地球約有 46 億到 50 億年歷史)。

如圖所示,影像中央密集部份正孕育著許多新生恒星,它們大約只有 10 萬年左右的歷史,其中一些恒星最終會成長到與我們太陽相似的品質大小。

圖中左上角區域,我們依稀可以看見幾條名為「原恒星噴流(Protostellar outflow)」的長條型瓦斯。正如天文學家所猜測的那樣,同一片原始星雲中的噴流全部都朝向同一個方向噴出。

這些噴流是由來自新生恒星的瓦斯噴流高速撞擊附近的瓦斯和塵埃所形成的。通常情況下,這些噴流在一個區域內會呈現出不同的方向。然而,在這一觀測區域中,它們就像暴風雨中的雨夾雪一樣,以相同的角度全都傾斜向同一個方向。

這意味著星雲中的所有年輕恒星,都以自轉軸對準同一個方向的姿態並以同方向不斷旋轉。

NASA 噴射推進實驗室首席研究員克勞斯蓬托皮丹 (Klaus Pontoppidan) 表示:「天文學家長期以來一直認為,當星雲團塌縮形成恒星時,恒星會傾向於朝同一個方向旋轉。然而,我們之前從未如此直接地觀測到這一情景。這些排列整齊的細長結構是恒星誕生基本方式的歷史紀錄片。」

那麽恒星噴流的排列與恒星的自轉有何關系呢?簡單來說,當星際中的瓦斯雲塌縮形成恒星時,它會不斷加速旋轉,而瓦斯不斷向內收縮的唯一途徑就是去除部份自旋(我們一般稱為角動量)。

想象一下,一個年輕恒星周圍會逐漸形成一個物質盤,從而將物質不斷向下輸送,就像排水口周圍的漩渦一樣不斷旋轉、壓縮,而在這一過程中,內盤中的旋轉磁場便會將一些物質發射成雙生噴流,它們會向相反的方向以垂直於物質盤的方式向外進行噴射。

在韋布拍攝到的影像中,這些噴流以紅色的明亮塊狀條紋進行表示,這也噴流撞擊周圍瓦斯和塵埃形成的沖擊波,這裏的紅色代表了分子氫和一氧化碳的存在。

巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的首席作者喬爾格林 (Joel Green) 表示:「巨蛇座北部這片區域 —— 只有透過韋布望遠鏡才能清晰地看到。我們現在能夠看到的這些極其年輕的恒星及其噴流,其中一些以前看起來只是斑點,或者由於周圍的厚層塵埃而在光學波段完全不可見。」

天文學家表示,在年輕恒星生命周期這段時間內,可能會有一些力改變外流的方向。其中一種方式是當雙星相互旋轉並以不穩定的方向擺動時,會隨著時間的推移扭曲外流的方向。

格林稱,「韋布太空望遠鏡就猶如一台尋找年輕恒星的機器。在這個區域,我們能夠捕捉到所有年輕恒星的訊號,甚至包括品質最小的恒星。」

蓬托皮丹也補充道,「這幅影像為我們呈現了一幅非常完整的畫面」。影像中的各種色調的細絲和縷狀物代表了來自雲內仍在形成的原始恒星的反射星光。在某些區域,反射之前存在著塵埃,這些塵埃在這幅影像中呈現出橙色和彌散的色調。

值得一提的是,該區域還有著一些巧合的發現,例如因其外形而得名的「蝙蝠狀陰影」(IT之家註:命名來自於哈伯太空望遠鏡 2020 年的數據),而這一特征在韋布影像的中也清晰可見。