胃口比想象大 原恒星依靠“脐带”来吃远处的物质

在星云中，大量物质沿着类似龙卷风的螺旋轨迹流动，逐渐向中心汇聚，最后在星云中心融合成一个扁平的气体圆盘。在圆盘的中心，有一颗未出生的小星星。为了成长，这个“小明星”不断地从光盘上“吃”得到各种物质。

现在，科学家们发现“小恒星”的“食物”不仅来自圆盘的中心区域，而且直接来自包裹恒星的最外层云。最近，在观测英仙座分子云的过程中，德国马克斯普朗克地外物理研究所和欧洲毫米波无线电研究所的科学家们首次发现了一种明亮的物质流，它将云核的最外层与圆盘的中心区域连接起来，就像一条“传送带”或婴儿的“脐带”。年轻的原恒星和它的原行星盘可以通过这根脐带直接获得云核最外层的“营养”。

这种“脐带”无处不在吗？为什么以前没有人观察到它？这个新发现对于理解恒星的形成过程有什么意义？

重力拖曳形成的带状结构

恒星形成于星系的分子云中，主要由氢分子组成。分子云最致密的部分被称为分子云核心。“分子云原子核会在自身重力的作用下坍缩形成原恒星。在自身角动量和磁场的作用下，云核将逐渐变平，并在云核内的原恒星周围形成一个吸积盘。”中国科学院上海天文台副研究员刘铁博士告诉《科技日报》记者。

刘铁说“脐带”实际上是原恒星吸积盘和分子云核心之间的联系。吸积盘的直径小于300日地距离，而云核的直径可以达到数万日地距离。这个环节将远离吸积盘的气体转移到吸积盘，为吸积盘提供新鲜的营养，帮助“小恒星”成长。

“脐带的一端直接与吸积盘相连，另一端延伸到云核的延伸部分，这可能与更大规模的分子云结构有关。”刘铁解释说，“脐带”的动能主要来自原恒星附近超致密气体层的引力。在重力的作用下，远处的气体会被吸引和拖动，形成一个类似“传送带”的带状结构。

也就是说，脐带运输的物质为恒星的诞生提供了气体营养，原恒星可以继续生长。从某种意义上说，这种结合就像连接胎儿的脐带一样，不断地向“小星星”输送新鲜的“营养”。

“小明星”的“脐带”无处不在吗？

刘铁认为，这种类似“脐带”的结构应该无处不在。

“经典的恒星形成理论都假设恒星形成于一个孤立的云核中，而云核中恒星形成的过程与周围环境无关。然而，近年来，这种准静态恒星形成模型越来越受到观测的挑战。”刘铁说。

特别是，赫歇尔空间天文台对一些邻近的巨型分子云的观测表明，分子云都是网络结构，云核都是这些网络中密度最大的丝状结构。"云核由丝状结构连接起来."刘铁告诉《科技日报》记者，这些丝状结构可能起到传送带的作用，不断向云芯输送气体。

恒星形成是一个动态过程

为什么以前没有观察到这种结构？

刘铁说，这些丝状结构以前没有被观察到，这可能是由于分子探针条件的限制。“由于激发条件的限制，以前使用的一些分子探针不适合检测脐带上的气体。本研究小组使用的分子探针丙腈是一种长碳链分子，其化学特性非常适合研究这些低密度、无复杂化学过程的气体结构。”他补充道。

中国科学院国家天文台星际媒体与恒星形成组研究员吴静雯在接受《科技日报》采访时说，由于有了望远镜，研究人员可以观察到“脐带”结构。他们使用北方扩展毫米波阵列。“NOEMA在灵敏度和分辨率方面仅次于阿塔卡马毫米波/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)，并能观察特定的分子谱线。”

此外，观察的时机也非常重要。“也许在恒星诞生的早期就有这样一条‘脐带’，但在此期间可能无法观察到，而且这种‘脐带’的时间范围也不确定。”吴静雯说。

刘铁认为，这项研究的意义在于首次发现了原恒星吸积盘与分子云核之间的直接联系，证明吸积盘能够通过这些传送带结构不断地从分子云核本身甚至更大规模的分子云结构中吸取物质，并不断地为原恒星的生长补充新鲜的营养。

“这一发现也证明了恒星的形成是一个动态的过程，是一个与周围环境不断相互作用的过程。”刘铁说，这些发现对研究引力不稳定性和吸积盘本身的不对称性具有重要意义。

吴静雯说，在未来恒星形成理论的研究中，也应该考虑“脐带”的存在。“原恒星可以通过脐带从分子云核心的外围大规模地直接增生物质。在这一过程中，周围的物质并没有在小规模的环境中与物质混合和进化，仍然保留着它们原来的化学特性。这一发现反映了大尺度云核环境对小尺度行星盘和原恒星形成环境的影响。”

当然，这些需要进一步观察来证实。

更多恒星诞生的秘密正等待被揭示

恒星是等离子体行星，可以通过核聚变发射光和热，并且是构成可见宇宙的“原子”。关于恒星的诞生还有许多问题需要回答。

例如，什么样的分子云核心可以形成恒星？刘铁说，并不是所有的分子云核心都有能力形成恒星。寻找能够形成恒星的分子云核一直是恒星形成领域的一个重要课题。

自2015年以来，由刘铁领导、由来自10多个国家的160多名专家和学者组成的国际团队“SCOPE”利用麦克斯韦望远镜(JCMT)对13，188个冷尘埃质量(普朗克冷质量)进行了最大规模的高分辨率调查。大规模观测项目“SCOPE”获得了波长为850微米的1000多个普朗克冷质量的连续光谱图像，并探测到3500多个稠密的冷分子云核。"这些冷分子云核心是恒星胚胎真正孕育的地方."刘铁说。

宇宙中第一代恒星是什么时候诞生的？现在在哪里？受观测设备的限制，到目前为止，我们还没有发现任何来自早期宇宙的第一代恒星。科学家推测，第一代恒星的金属丰度极低。尽管已经发现了许多“贫铁”恒星，但仍然没有一颗恒星的铁含量符合理论预测。发现第一代恒星可能有助于我们揭示早期宇宙的奥秘，甚至宇宙的诞生。

关于恒星有无数的秘密。这颗恒星的云核是何时以及如何开始坍塌的？原恒星周围的吸积盘是何时以及如何形成的？在恒星形成过程中，一些与生命有关的大有机分子是如何产生的？

天文学家说，恒星的形成是天体物理学领域最基本的问题，也是解决许多其他问题的前提。(实习记者戴晓培)