大块头恒星“进食” 也需要吸积盘作为“餐盘”

科技日报记者 陆成宽

在诞生之初，大块头的恒星是怎么“进食”的？它们是否也有吸积盘作为“餐盘”？这些问题一直没有明确的答案。

利用阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）的高分辨率观测数据，中外天文学家在银河系中心方向发现了一个被周围天体近距离掠过、从而产生旋臂结构的大质量新生恒星吸积盘。相关研究成果日前发表于《自然・天文》杂志。

“这是首次对银河系中心区域的原恒星盘的直接成像，这一新发现证明了大质量恒星与小质量恒星的形成过程相类似，二者都会经历吸积盘和飞掠等过程。”5月31日，中科院上海天文台副研究员吕行在接受采访时表示。

在恒星形成过程中，环绕着新生恒星的周围会产生吸积盘。这个吸积盘，也被称为“原恒星盘”，是恒星形成过程中的关键一环。新生恒星通过吸积盘持续地从环境中聚集气体，逐渐长大。因此，吸积盘是名副其实的“餐盘”，把发育所需的养分不断地传送给恒星宝宝。

天文学家对于类似太阳的小质量恒星吸积盘的研究已有数十年的历史，观测和理论结果都较为丰富。然而，对于更大质量的恒星，尤其是30倍太阳质量以上的早型O型星，目前尚不清楚其形成过程中是否也存在吸积盘。

“这些更大质量的早期恒星远比太阳明亮，光度可达太阳的数十万倍，可剧烈影响整个星系的环境。因此，理解这些大质量恒星的形成过程具有重要意义。”吕行说道。

银河系的中心距离我们约2.6万光年，是一个独特而重要的恒星形成区域。这里有超大质量黑洞，也有数千万倍太阳质量的恒星形成原材料——稠密的氢分子气体。

借助ALMA望远镜，研究人员在银河系中心附近区域发现了一个直径相当于地球到太阳距离4000倍的吸积盘，该吸积盘正围绕着一颗32倍太阳质量的早型O型星转动。

“这是目前发现的质量最大的有吸积盘的原恒星之一，更是天文学家首次对银河系中心的原恒星盘的直接成像。”吕行说，这项发现表明，大质量恒星形成过程中确实有吸积盘的参与，而且该结论在银河系中心这样的特殊环境下依然成立。

通常，吸积盘应当是一个对称的圆盘。然而，出乎意料的是，新发现的这个吸积盘里有一对明显的旋臂结构。如果吸积盘自身不稳定，是有可能在引力作用下主动碎裂成这种旋臂结构的。但是吕行所带领的团队发现，这个吸积盘处在一个很稳定的状态，不会轻易碎裂。

因此，研究人员认为存在另一个可能的解释，即旋臂是受到外部扰动产生的。在这个吸积盘附近，他们恰好发现了一个3倍太阳质量的天体，可能就是外部扰动的来源。

为了验证这一猜想，他们首先利用解析计算，检查了这个天体几十种可能的历史轨迹，发现只有在一种轨迹下它才可以扰动吸积盘。然后研究人员在上海天文台的高性能超级计算机平台上，利用数值模拟追踪了这一轨迹，重现了这个天体在一万多年前掠过吸积盘、并在吸积盘中搅出旋臂结构的完整过程。研究人员据此确认，这个吸积盘中的旋臂很可能是周围天体造访过程留下的遗迹。

吕行说，“我们已经提交了新的ALMA观测申请，希望把分辨率再提高三倍，推到望远镜的极限，以期看清这个吸积盘里隐藏的细节。”

从左下开始的三幅图来自数值模拟，分别是飞掠刚发生、发生后4000年、发生后8000年的状态。右上带有旋臂的吸积盘以及旁边的两个天体来自实际的ALMA观测，对应飞掠发生后12000年的状态。

(图片由受访者提供)