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翻譯：馬嘯然

校對：牧夫天文校對組

后期：胡永葳

責任編輯：王啟儒

原文發(fā)布于 universetoday.com

藝術(shù)概念圖展示了氨氣沿著旋轉(zhuǎn)吸積盤落向年輕恒星?Cepheus?A?HW2 的情景。這顆恒星的質(zhì)量正在增長，最終質(zhì)量將達到太陽的?12?倍。Credit: NSF/AUI/NSF?NRAO/B.?Saxton

銀河系中最龐大的恒星其質(zhì)量可達太陽的百倍，它們熾熱、明亮、呈藍色光，往往以超新星爆炸在生命終點謝幕。天體物理學家一直想弄清，這些“巨無霸”究竟如何長到如此規(guī)模，而答案可能就隱藏在一種家用化學物質(zhì)中。

科學家常拿像?BAT99?98?這樣的超大質(zhì)量恒星作例子——這顆沃爾夫–拉葉型(Wolf?Rayet)恒星的質(zhì)量超200倍太陽質(zhì)量。但是按理論推算，當年輕原恒星的輻射壓力向外“頂”到一定程度時，其生長應(yīng)在大約?30?個太陽質(zhì)量處被迫停止；而且大質(zhì)量恒星的成長期本就比普通恒星短，這讓謎團更加復(fù)雜。但事實上，某些恒星還是突破了這一“上限”，長成了質(zhì)量驚人的龐然大物。

要理解大質(zhì)量恒星如何超重，最大的難點在于它們所處的環(huán)境：由厚厚氣體和塵埃遮蔽的區(qū)域。近日，研究團隊利用甚大陣列射電望遠鏡(VLA)觀測了?2300?光年外的造星區(qū)?Cepheus?A 中的一顆年輕恒星?HW2。因為距離相對較近，Cepheus?A?是研究恒星形成的理想“實驗室”。

“Cepheus?A 區(qū)域孕育著一顆極年輕的恒星 HW2，它距離我們僅次于另一顆同類天體，正成長為質(zhì)量約12倍太陽質(zhì)量的恒星。”研究中寫道，“圍繞 HW2 的環(huán)境長期爭論焦點在于是否存在吸積盤；吸積盤的存在與否，是當前恒星形成理論的根基之一。”

當氣體云坍縮形成原恒星時，會在其周圍出現(xiàn)一個旋轉(zhuǎn)盤狀結(jié)構(gòu)，即吸積盤。盤中的物質(zhì)沿磁力線螺旋下落，被恒星吞噬，使其質(zhì)量增加。然而，恒星風、噴流、輻射反壓以及盤的碎裂等反饋機制都會抑制吸積。

上圖為早期研究觀測到的 HW2 雙噴流。并非所有落向恒星的物質(zhì)都會被吸收，一部分會以噴流的形式拋射出去。背景則是哈勃望遠鏡拍攝的區(qū)域影像。

Credit:Carrasco?Gonzalez?et.al/Bill?Saxton,?NRAO,?AUI?&?NSF/STScI

對于動輒數(shù)十倍太陽質(zhì)量的恒星來說，要想繼續(xù)增重，必須依賴巨大的氣體儲庫。這樣的旋轉(zhuǎn)盤有時直徑可達一個秒差距(約?3.26?光年)。然而，半徑幾百天文單位(AU)的吸積盤內(nèi)區(qū)，這才是它的本體。同黑洞的奇點一樣，恰恰是這一區(qū)域，觀測最為困難。

對于內(nèi)盤如何助力大質(zhì)量恒星成長，科學界仍無定論。形成如此巨星，需要極高的吸積率，也需要可觀的氣體儲庫；在這種條件下，盤的穩(wěn)定性很容易被碎裂、伴星潮汐作用以及恒星劇烈反饋所破壞——理論與觀測都暗示了這一點。

HW2 長期困擾天文學家，因為人們始終無法確定其吸積盤是否存在。此次研究聚焦于一種常見分子——氨(NH?)。在地球上普普通通的氨氣，卻是星際云中的“利器”：其譜線既能做“溫度計”，又需高密度才能被激發(fā)，因此可用來追蹤吸積盤中的高密度氣體，還能顯示向恒星內(nèi)落的運動。

氨分子的譜線在探測物質(zhì)下墜運動時格外好用，因為它們會出現(xiàn)兩個不對稱峰值——藍移峰和紅移峰。研究中的示意圖給出了直觀解釋：VLA 在距恒星 200天文單位內(nèi)的明亮連續(xù)輻射區(qū)前方，捕捉到一股沿視線方向下落的 NH? 氣柱；再往外，則映射到既以徑向速度?(vr) 受重力向星體墜落、又以角向速度?(vφ) 低于開普勒速度旋轉(zhuǎn)的氨氣。與此同時，順著系統(tǒng)角動量方向，還有電離原子氣體被拋射：北側(cè)為朝向觀測者的藍移氣體，南側(cè)則是遠離觀測者的紅移氣體。

利用地基天文臺觀測大質(zhì)量恒星及其吸積盤原理圖。

Credit: Sanna et al. 2025. Astronomy and Astrophysics.

氨的多條躍遷線位于射電波段，能輕松穿透塵埃。VLA 的觀測顯示，HW2 周圍分布著半徑200–700天文單位的巨大氨環(huán)。團隊在四個觀測窗口累計 10?小時的時間后測得，氣體落向 HW2 的速率約為每年 0.002倍太陽質(zhì)量——這是已知最高的吸積率之一。

“我們的觀測直接證明，大質(zhì)量恒星可以通過吸積盤把自身‘喂’到數(shù)十個太陽質(zhì)量，”Sanna 在新聞稿中說，“得益于 NSF?VLA 無與倫比的靈敏度，我們才能在百余天文單位的尺度上解析這些細節(jié)，為揭示這一過程提供前所未有的洞察。”

研究團隊還將觀測結(jié)果與大質(zhì)量恒星形成的數(shù)值模擬進行比對，二者高度一致。負責模擬的 André?Oliva 教授補充道：“結(jié)果與理論預(yù)言幾乎完全吻合：HW2 附近的氨氣幾乎在自由落體速度下坍縮，同時以次開普勒速度旋轉(zhuǎn)——這是在重力與離心力共同作用下實現(xiàn)的平衡。”

研究團隊在吸積盤的結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了不對稱性和湍流跡象，這暗示外部氣流——即所謂的“流線”(streamers)——正源源不斷地將新鮮氣體輸送到吸積盤的某一側(cè)。天文學家在其他恒星誕生區(qū)也觀測到過這類流線，它們通過補給物質(zhì)，可能在大質(zhì)量恒星的形成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

這一發(fā)現(xiàn)終結(jié)了圍繞 HW2 等巨恒星多年來的猜測，證明它們確實可以生成支撐自身快速增重的吸積盤。

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來源: Reddit

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