千倍清晰的影像 —
磁穩定流是大質量恆星形成的基本要素嗎？
中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2023年1月4日
磁場在恆星形成過程中的作用是一個充滿爭議的話題。磁場有多強？它能在恆星形成的過程中引導物質流入嗎？何時何地重力可以打敗磁場（註１）？日前由中央研究院天文及天文物理研究所（簡稱ASIAA）的高培邁（Patrick Koch）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（簡稱ALMA），以前所未有的 0.1” 角分辨率觀測解析了 W51 e2 和 e8 大質量恆星形成區的磁場結構。與該區之前的 3” 角分辨率觀測相比，解析度提高了約 1000 倍，也就是看得更清晰一千倍。這只有透過ALMA優異的靈敏度和解析度才能實現，使我們對磁場的觀測銳利了 1000 倍，首次可以看到小至 500 au（au為『天文單位』的縮寫，1 au為太陽到地球的平均距離）的細節。
透過一系列不同角分辨率的觀測，可以看到四種不同尺度的影像（見下圖，以下解釋步驟由左至右）。每種尺度都代表磁場在恆星形成過程中，物質向中心恆星吸積的重要步驟。這些步驟包含最外圍瀰漫的絲狀包層（此處的磁場主要垂直於包層的長軸，讓物質從瀰漫的外圍吸積到細絲上）、到整體塌縮（此處的重力啟動整體塌縮，但局部的磁場仍能抵抗）、到局部塌縮（此處的核心正在分裂成更小的團塊，磁場和重力顯示出與整體塌縮相似的畫面），以及吸積塵埃帶。
但目前看到的最後一步，出現了一個有趣的新現象。藉由至今最高的解析度，在約 500 au 的尺度範圍內，在局部塌縮尺度的瀰散球狀氣體可以被更近一步解析看到網狀流線。這些流線指向恆星形成的中心，更重要的是，測量到的磁場是沿著這些流線定向的。沿著流線找到磁場是關鍵，這意味著磁場張力可以使流線穩定的對抗（重力造成的）塌縮和外部壓力。也就是說，這證明了流線是受磁力支撐的。這種穩定的磁流線，可能是物質被吸積到中心恆星的基本要素。
高培邁表示：「這證明了ALMA 的卓越靈敏度和解析度！其他望遠鏡都沒辦法觀測到這種細節。我們還見證了磁場的另一個作用，它似乎可以讓吸積通道穩定，使物質可以透過吸積流向恆星形成的中央核心區。」
圖1：磁場在 W51 e2（頂部）和 e8（底部）大質量恆星形成區中，四種不同規模尺度的恆星形成過程：（從左到右）外圍包層、整體塌縮、局部塌縮，以及吸積流（最右圖）。從左圖到右圖的解析度越來越高，最右圖的解析度是目前最高的 500 au（對應的角分辨率約 0.1"），是最左圖的 1000 倍。最右圖可以看到核心團塊連接著網狀流線，這些流線似乎正將物質輸送到恆星形成的中心。磁場主要沿著流線，可以使它們穩定以對抗塌縮和外部壓力。最右圖的虛線圓圈代表最左圖的 3" 角分辨率區域，顯示ALMA的解析度有巨幅增進，可以看到更清晰的細節。圖片來源：高培邁團隊
註１：相關研究 秀給你看：恆星形成時「磁場和重力PK！」
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）、與臺灣的行政院國科會（NSTC）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 。
這篇由高培邁主筆的論文A Multiscale Picture of the Magnetic Field and Gravity from a Large-scale Filamentary Envelope to Core-accreting Dust Lanes in the High-mass Star-forming Region W51，發表在2022年11月23日出刊的天文物理期刊Astrophysical Journal。
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中央研究院天文及天文物理研究所 高培邁研究員
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