新研究發現,獵戶座大星雲中的新生恆星阻止其他恆星形成

新研究發現,獵戶座大星雲中的新生恆星阻止其他恆星形成

獵戶座星雲是夜空中觀測和拍攝最多的物體之一。在1350光年之外,它是離地球最近的活躍恆星形成區域。

這個瀰漫星雲也被稱為M42,多年來天文學家一直在對它進行深入研究。從中,天文學家學到了很多關於恆星形成,行星系統形成,以及天文學和天體物理學中的其他基礎課題。而現在有了一個新的發現,這與已有的理論背道而馳:新形成的大質量恆星的恆星風可能會阻止其他恆星在它們附近形成。它們在恆星形成和星系演化中的作用也比以前想象的要大得多。

獵戶座星雲很容易看到。如果你能看到獵戶座,那你就可以不費吹灰之力就能看到星雲了。根據你住的地方,你可以使用雙筒望遠鏡或小型望遠鏡來觀察它。通過望遠鏡看去,它看起來像一朵灰色的、稀薄的雲。

新研究發現,獵戶座大星雲中的新生恆星阻止其他恆星形成

獵戶座星座,獵戶座星雲在這張照片的底部中間出現了一個灰色的汙點

但更強大的儀器揭示了星雲內部的所有複雜性。這是恆星苗圃的一個很好的例子,在這個地方,年輕的恆星誕生在一個叫做分子云的氣體雲中。圍繞在這些年輕恆星周圍的是年輕的原行星盤,在那裡像我們這樣的行星可能正在形成。

當這些年輕的恆星誕生,並爆發融合,它們會釋放出恆星風。這項新的研究表明,這種恆星風所起的作用比以前想象的要大。

這項研究發表在“自然”雜誌上,由荷蘭萊頓大學博士生科妮莉亞·帕布斯特(Cornelia Pabst)領導,她是這篇論文的主要作者。在這篇論文中,作者描述了新形成的恆星如何在一個稱為“恆星反饋”的過程中抑制其他恆星的形成。

目前的想法是超新星可以主導恆星的形成過程。巨大的超新星爆炸通過分子云發出強大的衝擊波,這就產生了密集的氣體,這些氣體隨後就形成了恆星。雖然這仍然是事實,但看起來來自新恆星的恆星反饋也可能會影響這一過程。

這項研究是基於美國宇航局的平流層紅外天文臺(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy ,SOFIA,) 的工作。SOFIA是一架定做的波音747的飛行觀測站。SOFIA上有一臺名為“GREAT”的德國儀器,也就是德國太赫茲頻率天文接收器。

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獵戶座星雲中令人驚歎的、形狀各異的氣體雲使它變得美麗,但也使我們很難看到它的內部。這張獵戶座星雲的照片是由哈勃望遠鏡拍攝的。

獵戶座星雲是一個天文上非常美麗的天體,但它的美麗讓人很難看清。那些看起來如此短暫和美麗的氣體雲團對光線起到了奇怪的作用。天文學家可以更清晰地觀察獵戶座星雲內部,並詳細觀察新形成的恆星Theta1 Orionis C(θ1 Ori C)。

他們發現,來自θ1 Ori C的恆星風在自身周圍形成了一個氣泡,基本上把所有的氣體都吹走了,阻止了任何新恆星的形成。

帕布斯特解釋說:“恆星風是在中心恆星周圍吹起巨大氣泡的罪魁禍首。它擾亂了誕生的雲層,阻止了新星的誕生。”

因為SOFIA是從高空進行科學研究的,它的飛行高度超過了地球大氣中99%的水蒸氣。這一點,再加上“GREAT”儀器的靈敏度,使它能夠更清楚的凝視著θ1 Ori C。論文背後的團隊將大量數據與來自赫歇爾和斯皮策空間天文臺的數據結合起來,以獲得他們的結果。

他們能夠確定產生氣泡的氣體的速度,並追蹤其生長和起源。論文中的資深科學家,萊頓天文臺的天文學家亞歷山大·提倫斯(Alexander Tielens)解釋說:“天文學家使用‘GREAT’儀器,就像警察使用雷達槍一樣。雷達從你的車上彈出來,信號告訴警察你是否超速。”

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這項研究的圖表有助於解釋這些發現。θ1 Ori C是獵戶四邊形星團(Trapezium Cluster)的成員。黑色箭頭代表從恆星噴出的快速恆星風。黃色代表的是等離子體泡,它是被恆星風吹起的氣體,形成了紅色的面紗氣泡。請注意,氣泡並不是在所有方向上都在均勻地膨脹。藍色的OMC-1區域是獵戶座分子核一側的稠密氣體,密度太大,不能被年輕恆星的恆星風所塑造。

由於氣泡與周圍氣體的相互作用,該過程稱為“恆星反饋”。如上圖所示,恆星風(黑色箭頭)向所有方向離開恆星。但是當它擊中圖像右側密集的OMC-1區域時,就會有其他年輕恆星的回擊,在圖中標記為BN/KL。這將創建紅灰色箭頭的垂直列,表示θ1 Ori C‘s和BN/KL氣泡的組合氣泡。

當這些恆星風相互反饋時,它們形成了星際介質(ISM)和附近的任何分子云。這就形成了鼓勵或阻止更多恆星形成的局部區域。

泡沫本身是巨大的。這是一個直徑4秒差距的半殼。在這個區域內,不可能形成恆星,因為所有的氣體都被擠出了。但是在氣泡的邊緣,氣體更加稠密。在那些密度較大的區域,恆星形成的可能性更大。這類似於來自超新星的衝擊波產生密集氣體區域的方式,這導致了恆星形成的增加。

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來自獵戶座星雲中心這顆新形成的恆星的強風正在形成氣泡(黑色),並阻止新恆星在其附近形成。同時,風將分子氣體(彩色)推向邊緣,在氣泡周圍形成一個緻密的外殼,在那裡可以形成後代的恆星。

θ1 Ori C的氣泡在一個更大的氣泡裡,這個氣泡被叫做獵戶-波江超級氣泡(Orion-Eridanus Superbubble),由重疊的超新星殘餘物組成。最終,小氣泡將爆發並將其氣體釋放到超級氣泡中。在數百萬年後,另一顆超新星將爆炸,並將θ1 Ori C泡泡中的物質帶入超泡壁。構成超級氣泡邊緣的氣體壁將會變得更加緻密,並可能導致更多的恆星形成。因此,雖然看起來超新星在恆星形成中扮演了更直接的角色,但年輕恆星的氣泡已經扮演了它的角色。

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這項研究綜合了SOFIA、斯皮策太空望遠鏡和赫歇爾太空天文臺的數據

正如論文的結論所說,“來自O型大質量恆星的恆星風在破壞分子核和恆星形成方面是非常有效的。由於恆星風的能量輸入是由星團中質量最大的恆星控制的,而超新星的能量輸入是由更多的B型恆星控制的,因此恆星風造成的中斷的優勢對宇宙學模擬有直接的影響。”

這只是恆星反饋過程的一個例子。正如論文所說,“我們在這裡分析了一個特定的案例,即大質量恆星的風與其環境的相互作用。這個的結論是否更普遍適用仍需要進行評估。”


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