揭露原恆星噴流的磁離心起源

中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2022年3月22日

標題影像來源：ESO/M. McCaughrean

原恆星噴流是恆星形成時的特徵之一，看起來像是個圓柱形結構，從原恆星（嬰兒恆星）發出並以超音速傳播，頗耐人尋味。目前認為噴流是從原恆星周圍的吸積盤發射出去，在原恆星的進食過程中發揮著重要作用。然而，它們的起源仍然是個謎。

由中央研究院天文及天文物理研究所（簡稱ASIAA）的李景輝研究員領導的國際團隊，日前使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米陣列（簡稱ALMA）觀測附近的旋轉原恆星噴流，在噴流根部發現了往外的徑向流（radial flow）。這種徑向流動驗證了目前主流的磁離心理論，可以解釋噴流如何形成和維持準直，並認為噴流是廣角（盤）風最緻密的中心部分，可以從很小的噴發區域（距離原恆星小於1天文單位）向外吹到遠處。這種能將盤面的物質由內而外傳送的廣角風，為在太陽系極外圍還能偵測到隕石球粒（chondrules）和富鈣鋁包體（Ca-Al-rich inclusions）提供解答。

李景輝進一步說明：「由於噴流呈圓柱形，很自然地認為它們是沿噴流軸線發出。因此，我們想知道它們是否真的如同當前磁離心模型（如 X風模型）所預測的那樣，是由於磁離心力，從廣角風根部徑向噴射的緻密核心。我們在HH 212噴流根部觀測到的徑向流明確地支持了這一個預測。」如圖1所示，隨著盤風從發射區域徑向往外流動，內部流線被環形磁場相關的環應力（hoop stress）逐漸對準，沿軸線形成緻密的圓柱形噴流，跟觀測看到的一致。

觀測來源的屬性和ALMA的觀測結果

HH 212是獵戶座附近的一個原恆星系統，距離地球約1300光年。中央的原恆星非常年輕，年齡只有約40,000歲（約為我們太陽年齡的十萬分之一），質量只有太陽的1/4。這個原恆星透過吸積盤積極地獲取物質，因為噴流從吸積盤的中心噴出（見圖 2a），帶走盤內側的角動量，使吸積盤的物質能落到原恆星上。之前的ALMA觀測，讓我們發現噴流正在旋轉，這次更在噴流根部發現了徑向流。我們認為磁離心模型（如X風模型，見圖 2c），不僅能解釋噴流的結構（圖2b）和旋轉，也能說明噴流根部徑向流的速度分布。

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Magnetocentrifugal Origin for Protostellar Jets Validated through Detection of Radial Flow at the Jet Base，發表在2022年3月14日出刊的天文物理期刊快訊Astrophysical Journal Letters。

研究團隊名單：李景輝（中研院天文所；臺灣大學），李志雲（美國維吉尼亞大學天文系），尚賢和平野尚美（中研院天文所）。

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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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