星光大道首部曲–從星際的分子雲氣到恆星的誕生|

首頁

facebook twitter plurk line 中列印書籤

星光大道首部曲–從星際的分子雲氣到恆星的誕生

102/11/05 4158

呂聖元｜中央研究院天文與天文物理學研究所籌備處助研究員

當我們抬頭仰望夜空，（如果運氣好的話），舉目可見的是點點的繁星。架起望遠鏡，遙望深邃的外星系，可見的也是星光。恆星，可說是宇宙中的基本「粒子」。它們是從哪兒來的？是什麼樣的過程讓它們發光發熱，最終登上「星光大道」？天文學家們目前了解恆星是由瀰漫於星際間的分子雲中孕育誕生。由於受到雲氣的遮蔽，我們很難直接利用肉眼，或是可見光的觀測來研究恆星形成的過程。今天，讓我們一同與天文學家透過毫米波、次毫米波，與紅外線波段的觀測，窺探埋藏在雲氣之中，恆星誕生的種種有趣現象。

每天照耀地球的太陽是怎麼生出來的？宇宙中那裡有恆星形成？中央研究院助研究員呂聖元說，哈伯望遠鏡觀測到一些扁平盤狀的陰影，有點像吃的貝果，光從中間的洞透出來，代表中心有恆星正在形成，正在上演星光大道首部曲。

由國科會主辦，2008秋季展望演講第六場由中央研究院天文研究所籌備處助研究員呂聖元主講「星光大道首部曲─從星際的分子雲氣到恆星的誕生」，帶領聽眾找尋天空中恆星形成的線索。

呂聖元說，恆星是組成宇宙的砌塊，可說是宇宙中的基本粒子，組成宇宙的元素。恆星誕生之前的事又是如何呢？呂聖元說，太陽系八大行星的軌道都在一個平面上，且和太陽轉動方向一致，代表著大家可能都是在同一過程中產生出來的。

星雲假說推測

因此十八世紀末，康德─拉普拉斯的「星雲假說」，指出由太陽系的現況推測太陽及伴隨的行星形成時的初始條件。星雲假說是指：灼熱且旋轉的雲氣，因重力的牽引與冷卻的作用，而逐漸凝聚成扁平狀，最終形成中央的恆星與環繞其周圍的行星系統。也就是說，一團氣體一點點轉動，透過重力及冷卻，中間的氣體形成太陽，旁邊的氣體就繞著中間轉。

呂聖元說，如果這個推想是對的話，即恆星是在雲氣產生的，我們應當可以尋找雲氣以及其中恆星誕生的跡象。他指出，根據黑體輻射的原理來說，因為不同溫度的物體，發出的光的顏色或波長不一樣。雲氣比較冷，所發出的光線主要落於波長比較長的紅外線與毫米次毫米波段。
從雲氣裡產生

以M51渦狀星系為例，呂聖元說，若恆星是從雲氣裡出生來了，剛蹦出來的嬰兒，應該不會離媽媽太遠，所以若能找到年輕的恆星，應當能在附近找到雲氣。呂聖元說，雲氣裡不只有氣體，還有塵埃，會遮蔽星光，分布在渦狀星系旋臂上，暗暗的地方應就是氣體的所在。

呂聖元說，1970年代，無線電波望遠鏡可以偵測雲氣裡各式各樣的氣體分子分布。毫米波和次毫米波觀測到的分子譜線，就像指紋一樣，讓我們能夠認定觀測到的分子種類。對氣體分布畫出像等高線，能看出一氧化碳的分布，就是氫分子氣體的分布，正是對應著星系中黑暗的部分。

再用解析度很好的毫米波或次毫米波望遠鏡觀測巨型分子雲，發現雲氣的分布不是很均勻，有一團團密度較高，稱為分子雲核的結構。先前認為，恆星形成時，雲氣靠重力拉在一起。如果僅僅是重力作用，重力可以很快把雲氣拉在一起，雲氣應該很快都不見才對；但現在雲氣還很多，所以雲氣應該有抵擋重力吸引的方法。呂聖元說，「雲氣靠著熱能、轉動、擾流與磁場的支撐，與重力的塌陷交戰。」

測量驗證想像

他說，雲氣中磁場會給予一個斥力，讓坍縮的速度變慢；如果磁場力量不夠大，就會被拉進去。但這是理論的想像。我們可不可以測量雲氣的磁場，來驗證這樣的想像呢？

呂聖元說，星際塵埃在有磁場時，會有特定的排列。透過觀測塵埃，發現磁場的排列，與理論相符。呂聖元說，恆星形成前的分子雲核，尺度大小以大約為3 × 10¹⁸公分為例，形成的恆星大小，約為7 × 10¹⁰，就是從很大變很小。因為角動量守恆的原理，雲氣應該會隨著縮小而愈轉愈快，想像縮小了10的8次方，最終的恆星轉的速度會變得很快很快，但實際觀測的情況卻不是如此。

他指出，雲氣旋轉時離心力的作用，使得雲氣自然變得比較扁平，透過哈伯望遠鏡觀測，找到不少扁平狀的原恆星盤。

孕育行星系統

逐漸形成的恆星與原恆星盤的磁場產生連結，鎖在一起，恆星帶著盤子轉，兩者會互相牽制，中間的星星就會被帶著減速，產生煞車的效果。

而原恆星盤除了解決角動量的問題外，也將孕育行星系統。在觀察恆星形成的過程中，還看到噴流和雙極分子外流。呂聖元說，透過次毫米陣列望遠鏡看一氧化矽分子譜線，還看到外流氣體旋出來的跡象。把轉得很快的東西帶出來，幫助解決角動量的問題。他說，「透過噴流和原恆星盤的作用，大自然很巧妙地解決了角動能的問題。」

呂聖元說，透過觀測，天文學家勾勒出現代版的恆星形成理論。我們更加了解一些物理的機制可以幫助恆星的形成，但又不會讓它形成得太快。在這個圖像中，一團雲氣慢慢坍縮和凝聚，逐漸形成一個扁平的盤子。

再藉著原恆星盤作用、噴流或分子外流帶走角動量，讓盤子中心的氣體，慢慢掉到中央最密的地方，當裡面質量和密度大到一定程度時，點火，產生核融合，恆星就形成了。而盤子最後會孕育出行星系統，太陽誕生後，行星就做出來了。

【2008-11-24／聯合報／文教（C4）版／2008 展望秋季系列演講】

雲氣(1)

星光大道首部曲–從星際的分子雲氣到恆星的誕生

推薦文章