夏夜很適合觀星，看著滿天星斗，有沒有想過，恆星是怎麼形成、茁壯的？ 星際磁場 關鍵角色 由台、美、西班牙學者組成的國際研究團隊最新發現，星際磁場在大質量恆星的誕生過程中扮演關鍵的角色。 他們利用史密松天文台與中央研究院合建的次毫米波陣列望遠鏡（SMA）觀測位於巨蛇座、距地球兩萬三千光年的分子雲G31.41+0.31，偵測到分子雲中塵埃粒子吸收星光後再發射的熱輻射，藉此描繪出呈沙漏狀的磁場結構，研究成果登在「科學」（Science）期刊上。這與恆星形成理論大致符合：雲氣與塵埃沿磁力線進入正在形成恆星的雲氣中，成為其發展成長的材料。 恆星形成是一段「邊吃邊丟」的過程；吃的是雲氣，丟的是角動量。 中研院天文所副研究員尚賢指出，恆星必須在分子雲密度高的地方才能形成；通常在銀河系旋臂上的分子雲密度大約每1立方公分中有1萬個氫分子，唯有在分子雲中密度1立方公分有1千萬個以上氫分子的高密度「緻密核」，才可能發展到形成恆星的「重力塌縮」階段。 原恆星盤 聚集材料 當緻密分子雲的密度達到臨界點，會從中心開始產生重力塌縮，產生原恆星。根據理論，重力塌縮不會讓雲氣直接縮成一顆恆星，而是在原恆星周圍形成「原恆星盤」。原恆星盤又稱「吸積盤」，氣體、塵埃等讓恆星「慢慢長大」的材料，會經由原恆星盤被吸到恆星中。 尚賢表示，原恆星盤是恆星形成過程中的重要概念，是一個很「古早」的天文學問題。 天文學家很早就預期在初生恆星周圍會有盤狀東西存在，因為他們很早就觀察到行星的軌道差不多在同一個平面上。 在重力塌縮過程中，分子雲中的氣體首先向中心剛形成的原恆星墜入；愈接近中心轉速愈快，導致氣體因離心力而無法直接墜入恆星，而在外圍形成原恆星盤，環繞中心的原恆星旋轉。之後，物質再經由原恆星盤走向恆星。 除了旋轉，星際磁場也影響原恆星的形成。尚賢指出，星際磁場對於恆星形成的各階段都有影響，但其效應在重力塌縮階段特別明顯，因為磁力線會引導這些物質進入中央密度高的區域，形成和磁力線垂直的盤狀分布，成為原恆星的成長原料。因此在某種意義上可以說「磁場賦予了塌縮中的雲氣物質方向性」。 噴流作用 丟角動量 在恆星形成的最初階段，大分子雲的直徑大約20萬天文單位（一天文單位是太陽到地球的平均距離，約1億5千萬公里），經重力塌縮後進入原恆星時期，規模大約只剩500天文單位。 分子雲中的氣體只要沒有達到完全的靜態平衡，雲氣中各分子相對於雲氣中央軸就會有角速度，而產生旋轉及角動量。 尚賢說，在大尺度的分子雲階段，旋轉的現象不容易察覺，但當規模縮小了400倍，「應該要飛快地旋轉，快到可以讓恆星散掉」。但是實際上並沒有發生這種現象；天文學家因此推測，一定有一個機制把大部分從分子雲帶來的角動量丟掉了。 一個不受外界干擾的系統，其角動量必定維持恆定；當系統尺度縮小，則角速度愈高、旋轉得愈快。在恆星形成重力塌縮的同時，也會一邊丟出超過原恆星可負荷的角動量。 天文學家在原恆星的旋轉極軸觀察到噴流或分子流，極可能是恆星形成過程中，將角動量丟出系統機制。 大質量恆星形成區 在巨大分子雲DR21內部，天文學家發現一個會形成大質量的恆星誕生區。 這個分子雲在可見光波段是不透明的，但透過在地球軌道上的史匹哲太空望遠鏡，2003年用紅外陣列相機終於一探這個分子雲內部。 照片裡的巨大泡泡、雲氣和塵埃交織成的絲狀物，因為含有多環芳香烴碳氫化合物 (PAHs)等有機物質，在紅外光波段會發出輝光。絲狀物，是星際風、輻射壓、磁場、和重力相互作用下的產物。 這個分子雲位在北天的天鵝座內，距離我們約6000光年遠，影像呈現的區域大約橫跨75光年。 圖／取自NASA 資料來源／中研院天文所、成大物理系