過去研究預測,原恆星(嬰兒恆星,又稱恆星寶寶)中的噴流,藉著磁場噴出,帶走原恆星吸積盤中的角動量,恆星寶寶得以順利吸取物質成長;但因缺乏觀測證據,一直無法證實。直到近期本院天文及天文物理研究所李景輝研究員的團隊,使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA)觀測,終於證實噴流中帶有磁場存在。

本院天文所研究員兼副所長李景輝表示,多年來天文學家都猜測,原恆星噴流帶有貌似螺紋的磁場,噴流藉著磁場噴出,但沒有人能真正確認。現透過高解析度、高靈敏的ALMA望遠鏡,首度偵測吸積盤的噴流裡帶有磁場、其結構可能是螺旋狀。

李景輝的指導學生黃翔致(現於美國約翰霍普金斯大學天文研究所攻讀博士)說:「從ALMA望遠鏡偵測到分子線的偏振,是在有磁場存在的條件下,由氧化矽(SiO)的分子線所發出的。由於噴流裡偏振發射譜線極為微弱,先前使用『次毫米波陣列』(SMA)還偵測不到,現在用ALMA終於成功偵測到了!」

李景輝團隊透過ALMA望遠鏡,拉進最靠近中心原恆星約700AU的內圈,那也是氧化矽發射最亮的部分。研究團隊偵測到藍移側區塊(朝觀測者方向靠近),有氧化矽分子線偏振(參見圖1下半部),偏振度約1.5%,偏振方向與噴流軸方向約略一致。這偏振是由 Goldreich-Kylafis 效應造成,確認了在噴流中有磁場存在。

依據目前的噴流發射模型,磁場是呈螺旋狀,而在偵測到偏振的地方,則應主要是環形,環繞噴流軸,能使噴流準直。

研究團隊未來會進一步觀測噴流在紅移側(遠離觀測者方向)的偏振,以檢驗偏振現象在兩側是否一致,也將觀測另一條氧化矽譜線來確認磁場的形態(或結構)。

李景輝指出,除了原恆星之外,活躍星系核(AGN)的噴流也呈螺旋狀,此項觀測可提供更多噴流機制的研究參考,也開啟直接探測噴流磁場的可能,據以更瞭解恆星形成區最內層「餵食」恆星寶寶的的過程。

此次觀測的原恆星系統「HH 211」,位於英仙座上,具有明確結構的噴流,距離地球約1,000光年。它的中心原恆星年齡僅約1萬歲 (約太陽年齡的五十萬分之一),質量約為太陽質量二十分之一。噴流中含豐富氧化矽分子氣體,還驅動了一道分子「外流」(outflow)環繞在其周圍,相當壯觀(參見圖1上半)。

本論文已於11月10日刊登於國際期刊《Nature communications》

(天文所)

圖一:ALMA在 HH 211 噴流中偵測到氧化矽分子線的偏振。圖一上半部以合成圖像顯示了HH 211 噴流及其周圍外流:藍色和紅色圖像分別顯示氧化矽噴流的接近側 (藍移)和遠離側(紅移) (原圖版權為李景輝團隊,2009所有);H2外流則以灰階圖像顯示 (該原圖版權為Hirano et al. 2006所有)。圖一下半部放大了噴流最內層,顯示出鄰近於中心原恆星約700 AU以內的範圍。橘色圖像顯示的即為最近用ALMA偵測到的吸積盤 (圖像版權:李景輝團隊,2018)。藍色和紅色圖像顯示本次所觀測到,源自原恆星盤最內層的噴流之藍移、紅移兩側。以黃色線段顯示噴流中的氧化矽分子線的偏振方向。右下側有個太陽系參考比例尺。上下兩圖像中以星號標記的都是中心原恆星之可能位置。圖像版權:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/李景輝團隊

 

圖二:示意圖顯示的是在HH 211 噴流裡可能呈螺旋狀的磁場。與圖一下半所示相同:藍色和紅色圖像分別顯示噴流中的接近側和遠離側(即「藍移」及「紅移」側)。綠色螺旋線顯示了在噴流中磁場的可能樣貌。右下角以太陽系為參考比例尺。圖像中以星號標記中心原恆星之可能位置。

 

圖三:插畫家示意圖,顯示源自吸積盤的噴流裡有螺旋狀磁場結構。(圖片版權:中研院天文所/蔡殷智)