恒星是如何诞生的?上海科学家揭示:重力如何在宇宙中战胜磁场!

B站影视 日本电影 2025-10-11 16:56 1

摘要:引力拼命地想把弥漫的气体云向内拉扯、挤压。而磁场与湍流,则产生向外的巨大压力,誓死抵抗这种收缩。恒星的诞生,似乎就是在这场旷日持久的拉锯战中,一次偶然的胜利。

编辑:欣阅

当我们仰望星空,那些巨大而明亮的恒星,质量动辄是太阳的八倍以上,它们究竟是如何从稀薄的星际气体中诞生的?过去,我们总以为那是一场混乱不堪的宇宙战争。

引力拼命地想把弥漫的气体云向内拉扯、挤压。而磁场与湍流,则产生向外的巨大压力,誓死抵抗这种收缩。恒星的诞生,似乎就是在这场旷日持久的拉锯战中,一次偶然的胜利。

然而,借助阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)等一系列顶尖设备,天文学家们拥有了前所未有的清晰度,窥探到这些恒星摇篮的内部。一幅颠覆性的画面展现在我们眼前:那不是一场混战,而是一切都遵循着一套隐藏的、井然有序的蓝图。

这套蓝图,彻底改变了我们对恒星孕育过程的理解。它告诉我们,巨型恒星的诞生,并非源于混沌,而是始于秩序。

中国科学院上海天文台的刘铁研究员和麦晓枫博士等人,将目光投向了一个名为IRAS18134-1942的大质量恒星形成区。他们发现的景象,让所有人都大吃一惊。

在那里,气体并非杂乱无章地漂浮,而是构成了一个层次分明的巨大系统。最外围是两条酷似旋臂的结构,它们优雅地盘旋,将远方的物质源源不断地“抓”进来。

这些气体随后被汇集到一个类似“棒状结构”的区域,再进一步向内输送。整个结构,从旋臂到中心的棒状体,简直就是一个微缩版的“棒旋星系”!

这可不是什么花架子。数据显示,在这些旋臂和棒状结构中,气体正以每年万分之一个太阳质量的惊人速率,稳定地向中心区域奔赴。

正是这个宏观架构的存在,解决了困扰天文学家已久的核心难题:一颗恒星的种子,是如何从广袤无垠、极其稀薄的宇宙空间中,高效地收集到足够点燃自身的庞大物质的?答案就是,它遵循着这张早已铺设好的宏观运输网络图。

长期以来,磁场都被视为恒星形成的头号“阻碍者”。它强大的向外压力,在早期阶段起到了关键的支撑作用,像一个巨大的气囊,保护着气体云团,防止它们过早地在引力作用下失控坍缩。

哈佛-史密森天体物理中心的张启洲博士领导的团队,对包括天蝎座猫爪星云在内的多达17个活跃的恒星形成区,进行了一次迄今为止规模最大的磁场偏振调查。他们想搞清楚,在这场力量的博弈中,磁场究竟扮演了怎样的角色。

他们发现,故事的转折点发生在核心区域。当引力通过“迷你星系”系统不断积累物质,变得足够强大时,它不仅能压倒磁场的抵抗,甚至还能反过来“驯服”它。

观测结果非常有画面感。在距离恒星胚胎较远的地方,磁场的方向还比较“自由散漫”,我行我素。可越靠近中心,磁力线就像被一只无形的大手抓住,强行“拖拽”着,使其方向与气体奔向中心的流动方向越来越趋于一致。

科学家们通过探测尘埃发出的偏振辐射,得以绘制出这些看不见的磁力线。图像显示,被引力重塑后的磁场结构并非简单的顺从,而是呈现出两种优先取向——要么与引力方向平行,要么与引力方向垂直。

这种复杂的结构恰恰说明,磁场本身就极具韧性。它从一个静态的障碍物,转变成了一个动态的引导者,被引力改造成为引导物质精准下落的轨道。

这一发现,也为那个争论已久的问题画上了句号:在恒星形成这场宇宙战争中,引力最终取得了主导权。它不是单纯地战胜了磁场,而是巧妙地利用并重塑了对手,将其纳入自己的建造体系。

这套建造蓝图最精妙的地方,体现在它的最核心。

当气体物质顺着“迷你星系”的传送带,沿着被引力驯服的磁场轨道,一路畅通无阻地抵达中心区域后,一个奇怪的现象发生了:物质流入的速度突然“刹车”。

数据显示,在大尺度的“旋臂”和“棒状”结构中,气体输运速率还高达每年万分之一个太阳质量。可一旦进入到最核心的吸积盘尺度,这个速率就骤降了整整一百倍,跌至每年百万分之一个太阳质量。

为什么会这样?这就好比水库开闸放水,到了下游的灌溉渠口,水流却突然变小了。这表明,在恒星宝宝的“嘴边”,有一个强大的节流机制在起作用。

这个机制由中心的“旋转包层”和更内部的“吸积盘”共同构成。它们就像一个层层过滤的阀门,确保最终注入原恒星的物质流是平稳、可控的,防止这个新生的“婴儿”因为吃得太快太猛而被“噎住”,导致结构失稳。

不过,这个中央引擎也并非完美无瑕。观测发现了一个非常有趣的动态异常:内部的原恒星盘,其旋转速度梯度的方向,竟然和外部包裹着它的旋转包层是相反的!

这听起来很奇怪,就像一个陀螺的内芯和外壳在朝着不同的方向倾斜。科学家们推测,这可能是因为从外部注入的物质并不是完全均匀对称的,这种不均衡的角动量输入,导致了原恒星盘的旋转轴发生了一点“摇摆”或倾角变化。

这个小小的“瑕疵”,非但不是蓝图的缺陷,反而让我们窥见了这套系统在处理复杂动态输入时真实的运作方式。它揭示了恒星诞生过程并非一帆风顺,而是一个在动态调整中不断趋于稳定的过程。

结语

从横跨数光年的“迷你星系”,到被引力驯服的磁场轨道,再到核心区域的精密节流阀,ALMA望远镜的观测结果,为我们描绘出了一幅完整而震撼的大质量恒星诞生图景。

我们看到,恒星的诞生不再是一场简单的力量对抗,而是遵循着一套从宏观到微观、从结构到功能高度统一的“隐秘蓝图”。这个系统,巧妙地解决了如何在万亿倍的密度跨度上,将物质高效、有序地从星际空间输送到一个原恒星之上的终极难题。

理解这套蓝图,意义远不止于恒星本身。大质量恒星是宇宙的“化工厂”,它们通过核聚变制造了构成我们身体和地球的重元素,并在生命终结时通过超新星爆发将其播撒四方。它们的形成速率和分布,深刻影响着整个星系的结构和化学演化。

随着ALMAATOMS/QUARKS等大型研究项目的持续推进,天文学家们正在积累超过140个大质量恒星形成区的数据。未来,我们必将能更完整、更细致地描绘出这幅宇宙中最宏伟的建造蓝图之一,揭开更多关于生命、宇宙和一切的奥秘。

来源:近代说史

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