ALMA首次偵測到恆星形成中噴流與盤風的交互作用


中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表,日期:2021年2月8日

中央研究院天文及天文物理研究所 (ASIAA) 李景輝研究員領導的國際團隊,使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米陣列望遠鏡(ALMA),首度偵測到恆星形成中噴流(Jet)和盤風(Disk Wind)的交互作用。研究結果顯示盤風和噴流可以同時存在,各自從盤的不同部位帶走角動量,讓物質可以從吸積盤外圍傳到內側,再落入中央原恆星(嬰兒恆星),解決恆星形成過程中角動量過多的問題。

李景輝興奮地說明:「感謝ALMA!讓我們成功解析位於HH 212恆星形成系統的盤風,確認它從吸積盤中吹起並帶有磁場。此外,我們還首次偵測到盤風與噴流的交互作用,可以清楚地看到盤風內側與噴流驅動的弓形震波之間的殼狀結構。」

HH 212是獵戶座附近的一個恆星形成系統,距離約1300光年。中央原恆星(嬰兒恆星)非常年輕,年齡只有4萬歲(大約是我們太陽年齡的十萬分之一),質量約為太陽的四分之一。周遭的雲氣帶有角動量,不會直接掉落到中央原恆星,而是邊掉落到吸積盤上邊繞著中心旋轉。觀測顯示有一個強大的雙極噴流從吸積盤中心射出,能帶走盤內側的角動量,從而使盤內側的物質落入中央去餵養原恆星。

先前以60天文單位(簡寫成au1天文單位是地球到太陽的平均距離)的分辨率對一氧化硫(SO)分子發射線進行的研究,已偵測到噴流附近有盤風。現在ALMA的角分辨率提升到13 au(即約提高5倍),加上前所未有的高靈敏度,可以觀測到盤風與噴流的交互作用。理論模型也顯示出:

(1) 從吸積盤距離中心約4 au40 au處可吹出磁性盤風,帶走盤裡的角動量,讓物質可以從吸積盤外圍傳到內側;

(2) 噴流是從盤中心發出,使該處物質掉落到嬰兒恆星上;

(3) 盤風和噴流驅動的弓形震波作用產生一個空腔,並在邊界造成一層薄的SO殼狀結構。這種交互作用為未知的年輕吸積盤磁場強度和分布提供了第一手證據。

荷蘭萊頓天文台的Benoit Tabone對此研究提供了理論模型,他表示:「看到我們的磁性盤風模型與觀測到的盤風形態和動力特性如此吻合,令人驚喜!而且盤風可以把盤裡角動量帶走。」巴黎天文台的Sylvie Cabrit也說:「對於噴流與盤風交互作用的觀測和模型,為吸積盤的大尺度磁場研究開啟了全新的康莊大道,對早期行星形成有重大影響。」

圖說:(左)ALMA觀測到位於HH212恆星形成系統中塵埃(灰色)、一氧化硫(橘色)和一氧化矽(綠色)發射譜線的合成照。

圖片來源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/李景輝團隊

(右)插畫家筆下的示意圖,可看出吸積盤盤面上吹出風及中心的噴流,以及兩者交互作用下形成的殼狀結構。

圖片來源:黃雅鈴/中研院天文所

圖說:原恆星吸積物質的示意圖。可以看到右側的吸積盤上吹出盤風(藍色),帶走多餘的角動量讓物質得以往左傳往內側,然後在盤的最內側射出噴流(黃色),讓物質可以經由漏斗流(橘黃色)掉入中心的原恆

圖片來源:黃雅鈴/中研院天文所

參考資料:


阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,簡稱ALMA)是由歐洲、北美、東亞與智利共和國合作建造的國際天文設施。ALMA的經費來源包括三部分:歐洲地區由歐洲南天天文台(ESO)支應;北美地區由美國國家科學基金會(NSF)、加拿大國家研究委員會(NRC)、與臺灣的行政院科技部(MOST)共同支持;東亞地區則為日本國家自然科學研究機構(NINS)、台灣中央研究院(AS)和韓國天文研究院(KASI)共同籌措。 ALMA的建設和運營是由歐洲南天天文台代表歐洲,美國的國家電波天文台(NRAO)代表北美,以及日本的國立天文台(NAOJ)代表東亞。ALMA 天文臺聯合中心(JAO)統籌管理施工、試運轉和運作事宜 。


這篇由李景輝主筆的論文This research was presented in a paper “First Detection of Interaction between a Magnetic Disk Wind and an Episodic Jet in a Protostellar System,”發表在202122日出刊的天文物理期刊快訊Astrophysical Journal Letters

研究團隊名單:李景輝(臺灣中研院天文所;臺灣大學),Benoit Tabone (Leiden Observatory, Leiden University, 荷蘭; Observatoire de Paris, 法國), Sylvie Cabrit (Observatoire de Paris, 法國), Claudio Codella, Linda Podio (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, 義大利), Jonathan Ferreira, and Jonatan Jacquemin-Ide (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, 法國)

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中央研究院天文及天文物理研究所 李景輝研究員

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