美國(guó)宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡于 2023 年拍攝了位于銀河系中心的人馬座 C恒星苗圃的圖像，對(duì)其進(jìn)行了后續(xù)研究，揭示了仍在形成的原恒星的噴射物，并深入了解了強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)星際氣體和恒星生命周期的影響。

“銀河系中央分子區(qū)的一個(gè)大問(wèn)題是，如果這里有如此多的致密氣體和宇宙塵埃，而且我們知道恒星是在這樣的云層中形成的，那為什么這里誕生的恒星如此之少？”首席研究員之一、科羅拉多大學(xué)博爾德分校的天體物理學(xué)家約翰·巴利說(shuō)。“現(xiàn)在，我們第一次直接看到強(qiáng)磁場(chǎng)可能在抑制恒星形成方面發(fā)揮重要作用，即使是在小尺度上?！?/p>

對(duì)這個(gè)擁擠、布滿(mǎn)塵埃區(qū)域的恒星的詳細(xì)研究一直很有限，但韋伯先進(jìn)的近紅外儀器使天文學(xué)家能夠透過(guò)云層以前所未有的方式研究年輕恒星。

“銀河系中心的極端環(huán)境是檢驗(yàn)恒星形成理論的迷人場(chǎng)所，而美國(guó)宇航局詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的紅外功能為我們提供了機(jī)會(huì)，讓我們能夠在過(guò)去ALMA和MeerKAT等地面望遠(yuǎn)鏡的重要觀測(cè)基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究，”該研究的另一位首席研究員、弗吉尼亞大學(xué)大四本科生、2025 年羅德學(xué)者塞繆爾克羅 (Samuel Crowe) 說(shuō)。

Bally和Crowe各自主持發(fā)表了一篇在《天體物理學(xué)雜志》上的論文。

圖片 A：銀河系中心（MeerKAT 和 Webb）

MeerKAT（前身為卡魯陣列望遠(yuǎn)鏡）射電望遠(yuǎn)鏡陣列拍攝的銀河系圖像將詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的人馬座 C 區(qū)域圖像置于背景中。就像一張超長(zhǎng)曝光照片一樣，MeerKAT 展示了數(shù)千年來(lái)爆炸的超新星的氣泡狀殘余，捕捉到了銀河系混亂核心的動(dòng)態(tài)特性。在 MeerKAT 圖像的中心，圍繞銀河系超大質(zhì)量黑洞的區(qū)域閃閃發(fā)光。巨大的垂直絲狀結(jié)構(gòu)與韋伯在人馬座 C 的藍(lán)綠色氫云中拍攝的較小規(guī)模的結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)。NASA、ESA、CSA、STScI、SARAO、Samuel Crowe (UVA)、John Bally (CU)、Ruben Fedriani (IAA-CSIC)、Ian Heywood (牛津)

圖片 B：銀河系中心（MeerKAT 和 Webb），已標(biāo)記

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的恒星形成區(qū)人馬座 C 距離銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座 A* 約 200 光年。左下方的光譜指數(shù)顯示了如何將顏色分配給無(wú)線電數(shù)據(jù)以創(chuàng)建圖像。在負(fù)端，存在非熱輻射，由圍繞磁場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)的電子刺激。在正端，熱輻射來(lái)自熱電離等離子體。對(duì)于韋伯來(lái)說(shuō)，顏色是通過(guò)將紅外光譜轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光顏色來(lái)分配的。最短的紅外波長(zhǎng)更藍(lán)，而較長(zhǎng)的波長(zhǎng)看起來(lái)更紅。NASA、ESA、CSA、STScI、SARAO、Samuel Crowe (UVA)、John Bally (CU)、Ruben Fedriani (IAA-CSIC)、Ian Heywood (牛津)

利用紅外線揭示恒星的形成

在人馬座 C 最亮的星團(tuán)中，研究人員證實(shí)了阿塔卡馬大型毫米波陣列 (ALMA) 的初步發(fā)現(xiàn)，即那里正在形成兩顆大質(zhì)量恒星。結(jié)合美國(guó)宇航局已退役的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡和 SOFIA（紅外天文平流層觀測(cè)站）任務(wù)以及赫歇爾太空天文臺(tái)的紅外數(shù)據(jù)，他們利用韋伯望遠(yuǎn)鏡確定每顆大質(zhì)量原恒星的質(zhì)量都已經(jīng)超過(guò)太陽(yáng)質(zhì)量的 20 倍。韋伯還揭示了每顆原恒星驅(qū)動(dòng)的明亮流出物。

尋找低質(zhì)量原恒星的難度更大，因?yàn)檫@些恒星仍被宇宙塵埃所籠罩。研究人員將韋伯?dāng)?shù)據(jù)與 ALMA 過(guò)去的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較，確定了五顆可能的低質(zhì)量原恒星候選者。

研究小組還發(fā)現(xiàn)了 88 個(gè)似乎是沖擊氫氣的特征，年輕恒星噴出的物質(zhì)撞擊周?chē)臍怏w云。對(duì)這些特征的分析導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的恒星形成云，它與主要的人馬座 C 云不同，其中至少有兩顆原恒星為自己的噴流提供動(dòng)力。

“過(guò)去的觀測(cè)曾暗示過(guò)人馬座 C 中形成恒星的流出，但這是我們首次能夠在紅外光下證實(shí)它們。這非常令人興奮，因?yàn)槲覀儗?duì)恒星形成仍有很多不了解的地方，特別是在中央分子區(qū)，這對(duì)宇宙的運(yùn)作方式非常重要，”克羅說(shuō)。

磁場(chǎng)和恒星形成

韋伯2023 年拍攝的人馬座 C 圖像顯示，在圍繞主要恒星形成云的熱氫等離子體區(qū)域中，有數(shù)十條獨(dú)特的細(xì)絲。巴利和他的團(tuán)隊(duì)的新分析使他們假設(shè)這些細(xì)絲是由磁場(chǎng)形成的，地面天文臺(tái) ALMA 和 MeerKAT（以前的卡魯陣列望遠(yuǎn)鏡）過(guò)去也曾觀測(cè)到這種現(xiàn)象。

“在銀河系超大質(zhì)量黑洞人馬座 A* 的極端潮汐力作用下，氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以拉伸和放大周?chē)拇艌?chǎng)。反過(guò)來(lái)，這些磁場(chǎng)又塑造了人馬座 C 中的等離子體，”巴利說(shuō)。

研究人員認(rèn)為，星系中心的磁力可能足夠強(qiáng)大，可以阻止等離子體擴(kuò)散，而是將其限制在韋伯圖像中看到的濃縮細(xì)絲中。這些強(qiáng)磁場(chǎng)也可能抵抗引力，而引力通常會(huì)導(dǎo)致稠密的氣體和塵埃云坍縮并形成恒星，這解釋了人馬座 C 的恒星形成率低于預(yù)期。

克羅說(shuō)：“這是一個(gè)令人興奮的未來(lái)研究領(lǐng)域，因?yàn)槲覀冃窍抵行幕蚱渌窍档膹?qiáng)磁場(chǎng)對(duì)恒星生態(tài)的影響尚未得到充分考慮?！?/p>

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界一流的太空科學(xué)觀測(cè)站。韋伯正在解開(kāi)太陽(yáng)系的謎團(tuán)，探索其他恒星周?chē)倪b遠(yuǎn)世界，并探索宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們?cè)谄渲械奈恢?。韋伯是一個(gè)國(guó)際項(xiàng)目，由 NASA 及其合作伙伴 ESA（歐洲航天局）和 CSA（加拿大航天局）領(lǐng)導(dǎo)。