中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表,日期:2025年8月20日
在宇宙中,恆星和⾏星並不是憑空誕⽣的,它們的形成更像是⼀場漫⾧⽽精密的「建築⼯程」。在年輕恆星的周圍,往往環繞著⼀圈由氣體與塵埃組成的吸積盤,其中的物質不斷旋轉、聚集,最後落⼊恆星,使它逐漸成⾧。
然⽽,這個過程⾯臨⼀個關鍵難題:如果吸積盤中的物質旋轉過快,就難以向中⼼掉落。科學家早就懷疑,⼀種從恆星附近⾼速噴出的噴流,能夠帶⾛物質的旋轉動能,幫助恆星繼續成⾧。⽬前的主流理論認為,噴流是藉由磁場的作⽤被「甩」出來的。然⽽,這些噴流的發
射地點極為接近恆星,距離⽐地球到太陽⼩上數⼗倍,過去的觀測仍不⾜看清細節及確認。
由中央研究院天⽂及天⽂物理研究所(ASIAA)李景輝特聘研究員領導的國際團隊,近期利⽤位於智利⾼原的阿塔卡瑪⼤型毫⽶及次毫⽶波陣列(ALMA),觀測了⼀個名為 HH 211 的超年輕原恆星系統。這顆原恆星年齡僅約 3.5 萬年,質量只有太陽的 6%,距離地球約 1000 光年。它擁有⼀股明亮的雙極噴流,更難得的是,這股噴流是極少數能被偵測到帶有磁場的例⼦,因此為驗證磁場驅動的噴發模型提供了絕佳機會。
觀測結果顯⽰,噴流速度每秒超過 100 公⾥,但旋轉速度⾮常慢,單位質量角動量(specific angular momentum)僅 4 au·km/s。根據⾓動量與能量守恆的推算,團隊判斷噴流源⾃吸積盤最內側、距離恆星僅 0.02 個天⽂單位的位置——這與理論上的 X-wind 模型⾼度吻合。該模型描述了磁場如何像彈⼸般將氣體甩出,並且預測噴流的磁場強度與先前的測量值⼤抵⼀致。
這項發現⾸次以如此⾼精度鎖定了帶有磁場的噴流發射地點,並直接證實了噴流確實是恆星成⾧的「排⽔⼯」,負責清除吸積盤中最後的⾓動量,讓物質順利落向恆星。未來,這類觀測不僅有助於解開恆星誕⽣之謎,也能幫助我們理解⾏星形成的早期階段——因為⾏星正是在這些吸積盤中孕育⽽⽣的。
圖說:(上圖)JWST 與 ALMA 觀測到的 HH 211 噴流與外流結構。JWST 的合成影像(彩色,來自Ray et al. 2023)呈現了在近紅外波段 H₂ 與 CO 譜線下的噴流與外流結構。然而,由於消光效應,JWST 無法看到距離原恆星約一千天文單位以內的噴流細節。(下圖)相比之下,ALMA 在次毫米波段的 CO 影像(灰階)則成功揭示了這一內部區域,清楚顯示出噴流自吸積盤(綠色影像)中噴出的情景。圖中的十字標記對應埋藏於盤中的原恆星位置。圖片來源:李景輝團隊
圖說:噴流的 X-wind 模型。此圖展示了在模型中風的密度分布(彩色圖像)、速度場(箭頭向量)以及基部磁場(彩色曲線)。 X-wind 中心的高密度區形成了所觀測到的準直噴流。灰色結構則代表含塵的吸積盤。圖片來源:李景輝團隊
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 。
這篇由李景輝主筆的論文A magnetized protostellar jet launched from the innermost disk at the truncation radius,發表在2025年8月13日出刊的科學報告Scientific Reports。
研究團隊名單:李景輝(中研院天文所;台灣天文研究聯盟)、詹凱勳(中研院天文所;臺灣大學)和星韓東(中研院天文所;英國曼徹斯特大學)。