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講 題星光大道首部曲─從星際的分子雲氣到恆星的誕生
講 者呂聖元 中央研究院天文所籌備處助研究員
日 期2008/11/21長 度02:02:12人 氣1,126 次
摘 要
星光大道首部曲─從星際的分子雲氣到恆星的誕生
呂聖元
中央研究院天文所籌備處助研究員


  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。

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乘以10的18 次方公分為例,形成的恆星大小,約為7乘10的10次方,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。

【聯合報╱記者楊正敏╱台北報導】
原文轉載自【2008-11-24╱聯合報╱文教(C4)版╱2008 展望秋季系列演講】
提 供展望系列科普演講-2008秋
本講座係由科技部補助舉辦
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