ALMA觀測到劇烈的宇宙爆炸：是否為大質量恆星合併？
中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2020年10月28日
在 1980 年代，天文學家第一次於獵戶星雲中發現分子外流（molecular outflow）。獵戶座星雲是離地球最近的大質量恆星形成區，這個分子外流也是最有名的一個。隨後相繼在其他很多訊號源中偵測到分子外流，而分子外流也獲公認是恆星形成普遍必經階段。但事實上，在低質量恆星看到的典型雙極分子外流，其性質和在獵戶座所觀測的那種分子外流不盡相同。這次的研究報告是40年來所找到的、與獵戶座分子外流相似的第二件案例。研究論文共同作者，本所特聘研究員、中研院院士賀曾樸表示，「這個研究最令人興奮的地方是，我們找到的分子外流，它實際上並不是藉由吸積把氣體收聚到一個盤中來解決角動量問題並製造出恆星。它的造星方式是將較小的恆星合併成較大的恆星 ，這對揭開大質量恆星到底如何形成的謎題很有幫助」。賀院士並表示，天文研究的範圍極其寬廣，但重要的是，我們能用一流的儀器去了解天文物理，觀察天文現象。有一流的儀器，不僅能去『看』到黑洞並探討關鍵基本物理，還能讓我們用來研究很大的恆星如何形成。有趣的是，這些大恆星生命結束後又成為了黑洞。
ALMA觀測到的G5.89-0.39大質量恆星形成區的速度分布，紅色線條代表高速遠離我們的外流，藍色線條代表高速朝向我們的外流。爆炸中心可見一個粉紅圓點和一個棕色圓點，代表兩顆大質量原恆星目前可能的位置，灰色方塊代表外流的源頭。
歷史上第一次發現分子外流是在1980年代。當時的天文學家將望遠鏡指向正在形成階段的新生恆星，在其一氧化碳譜線的線翼（line wings）中，觀測到非常高速的運動。然而那麼高速的運動，顯然並非源自於重力束縛造成的向下掉落或旋轉運動，因為這將需要更大的質量。第一次偵測到分子外流現象，是在獵戶座星雲中心極其明亮的一氧化碳譜線之中。事實上，首度在星際介質中看到一氧化碳就是在獵戶座星雲。隨後相繼在其他很多訊號源中也偵測到分子外流，分子外流也獲公認是恆星形成普遍、必經階段。多餘的角動力，透過分子外流被外帶出去，讓剩餘的物質掉落到恆星核的表面上。因此分子外流與恆星成長息息相關。但在低質量恆星看到的典型雙極分子外流，其性質和在獵戶座所觀測的分子外流不盡相同。這次的研究報告，是40年來所找到的、與獵戶座分子外流相似的第二件案例。
在G5.89-0.39的爆炸事件三維模擬動畫。遠離我們的外流以紅色表示，朝向我們的外流以藍色表示。動畫是先由上往下看再由左往右看。
所謂「大質量」恆星是質量在太陽十倍以上的恆星，其形成機制到目前都仍不太清楚。過去相當長時間，很多天文學者認為這機制應該和大質量恆星的遠房親戚差不多，也就是那些近似於太陽的較小質量恆星。在那樣的論述觀點裡，大質量恆星在一個安靜的環境成長，從大拱星盤中藉吸積獲取質量，平和地獲得最終質量。但這規則似乎不太對。
透過ALMA，天文學家最新捕捉到天空中的一次猛烈爆發，位置是名為G5.89-0.39的大質量恆星形成區（其名稱來自於該位置的銀河座標）。偵測到的爆發信號，源自一氧化碳和氧化矽這兩種簡單分子發出的毫米波輻射。這兩種分子經常被用來追蹤在恆星形成現場的濃密暗雲之中的震波和超音波運動。但爆炸性的高速運動，與低質量恆星的分子外流，從本質上有所不同。
ALMA觀測到的這場爆炸，似乎發生在1千年前，釋放出大量的能量。雖然所釋放的能量仍小於大質量恆星生命終了時的超新星爆發，但令人意外的是，這類爆炸竟然發生在恆星演化的初期階段。ALMA觀測顯示，大約有30個這種徑向朝外噴出、像子彈一樣的分子「爆炸」流，這些爆炸流運動有脈衝爆發的性質，都發生在同一瞬間，且可以回溯到同一個電離化區域，該電離區可能也是在爆炸下的高溫所形成。日本國立天文台的齋藤正雄說，「離奇的是，在爆炸中心點，並沒有已知的大質量恆星存在。」這些大質量恆星有可能在激烈的碰撞中從原誕生地被遷徙出去。由於大質量恆星大多是在星團中誕生，碰撞可能相當普遍。有著脈衝爆發性質的這種外流，和類太陽、較小質量恆星的那種安穩型分子外流，本質不同。
中研院天文所特聘研究員賀曾樸院士解釋，驅動這類爆炸性分子外流的推手，有可能是鄰近的大質量雙恆星形成或原恆星併合引起的重力能量釋放，此個案的特性和獵戶座星雲個案類似。至此，與大質量恆星團形成有關的「新型分子外流」自成為一族，G5.89-0.39是第二個明確案例。
這種外流鮮少被偵測到的原因，可能是爆炸外流的脈衝特色和外流持續的時間極短促。墨西哥電波天文及天文物理研究所所長路易斯‧薩帕塔表示：「如果未來能發現夠多這種外流，雙星或多星合併將可能成為解釋大質量恆星形成的重要機制。」
這項研究發現由路易斯‧薩帕塔所主持的團隊發表。論文刊出於天文物理通訊期刊，篇名為"Confirming the Explosive Outflow in G5.89 with ALMA”
ALMA在G5.89-0.39恆星形成區偵測到的氧化矽輻射。上圖是強度分度，越強的顏色越亮；下圖是速度分布，藍色是朝向我們，紅色是遠離我們。
論文 "Confirming the Explosive Outflow in G5.89 with ALMA", Luis A. Zapata, Paul T. P. Ho, Manuel Fernandez-Lopez, Estrella Guzman Ccolque, Luis F. Rodrguez, Jose Reyes-Valdes, John Bally, Aina Palau, Masao Saito, Patricio Sanhueza, P. R. Rivera-Ortiz, and A. Rodrguez-Gonzalez 等著，2020年10月20日發表於天文物理通訊期刊（ApJL）
本文中的中英名詞對照
molecular outflow：分子外流
相關連結：2009.10.26 中央研究院新聞稿：天文學家在獵戶座星雲發現新型的爆發式外流
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原文：written by Paul Ho