大塊頭恒星“進食”也需要吸積盤作為“餐盤”

在恒星誕生之初，大塊頭的恒星是怎么“進食”的？它們是否也有吸積盤作為“餐盤”？這些問題一直沒有明確的答案。

利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）的高分辨率觀測數據，中外天文學家在銀河系中心方向發現了一個被周圍天體近距離掠過，從而產生旋臂結構的大質量新生恒星吸積盤。相關研究成果日前發表于《自然·天文》雜志。

吸積盤給恒星“寶寶”輸送養分

在恒星形成過程中，環繞著新生恒星的周圍會產生吸積盤。這個吸積盤，也被稱為原恒星盤，是恒星形成過程中的關鍵一環。新生恒星通過吸積盤持續地從環境中聚集氣體，逐漸長大。因此，吸積盤是名副其實的“餐盤”，把發育所需的養分不斷地傳送給恒星“寶寶”。

對于類似太陽的小質量恒星的吸積盤，天文學家已研究了數十年，其觀測和理論結果都較為豐富。然而，對于更大質量的恒星，尤其是30倍太陽質量以上的早型O型星，目前尚不清楚其形成過程中是否也存在吸積盤。

“這些更大質量的早期恒星遠比太陽明亮，光度可達太陽的數十萬倍，可劇烈影響整個星系的環境。理解這些大質量恒星的形成過程具有十分重要的意義。”中國科學院上海天文臺副研究員呂行說。

銀河系的中心距離地球約2.6萬光年，是一個獨特而重要的恒星形成區域。這里有超大質量黑洞，也有數千萬倍太陽質量的恒星形成原材料——稠密的氫分子氣體。

借助ALMA，研究人員在銀河系中心附近區域發現了一個直徑相當于4000倍地球到太陽距離的吸積盤，該吸積盤正圍繞著一顆32倍太陽質量的早型O型星轉動。

呂行說，這項發現表明，大質量恒星形成過程中確實有吸積盤的參與，而且該結論在銀河系中心這樣的特殊環境下依然成立。

旋臂結構或是天體“造訪”遺跡

通常，吸積盤應當是一個對稱的圓盤。然而，出乎意料的是，新發現的這個吸積盤里有一對明顯的旋臂結構。如果吸積盤自身不穩定，是有可能在引力作用下主動碎裂成這種旋臂結構的。但是呂行所帶領的團隊發現，這個吸積盤處在一個很穩定的狀態，不會輕易碎裂。

因此，研究人員認為存在另一個可能的解釋，即旋臂是受到外部擾動產生的。在這個吸積盤附近，他們恰好發現了一個3倍太陽質量的天體，它可能就是外部擾動的來源。

為了驗證這一猜想，研究團隊首先利用解析計算，檢查了這個天體幾十種可能的歷史軌跡，發現只有在一種軌跡下，它才有可能擾動吸積盤。隨后，研究人員利用上海天文臺的高性能超級計算機平臺，通過數值模擬追蹤了這一軌跡，重現了這個天體在一萬多年前掠過吸積盤，并在吸積盤中攪出旋臂結構的完整過程。研究人員據此確認，這個吸積盤中的旋臂很可能是周圍天體“造訪”過程中留下的遺跡。

呂行說：“我們已經提交了新的ALMA觀測申請，希望把分辨率再提高3倍，達到望遠鏡的極限，以期看清這個吸積盤里隱藏的細節。”