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恆星起源

李華白探討恆星誕生的物理條件。

李華白教授<em>(Keith Hiro攝)</em>

中大物理學系李華白教授率領的天文物理學家團隊,發現磁場在高質量恆星的演化過程中起着關鍵性的作用。

氣體微塵充塞宇宙,當這些星際物質受萬有引力影響積聚到一定密度,恆星便有機會誕生。但宇宙中除了萬有引力之外尚有其他的作用力,據李教授解釋,雲氣會被星際湍流打散,而磁場則會把雲氣依磁場線分布排列,因為雲氣微粒中含有離子。萬有引力、湍流與磁場之間的角力,一直以來都是天文物理學家熱中研究討論的題目。

假如萬有引力主宰一切,那麼雲氣便會均速地自由聚降至一個中心點,直至第一個核聚變出現。理論上,所有雲氣最終都應該在這個自由聚降的過程之後(以一百萬年計)形成恆星,但實證及統計數據卻顯示,只有很少部分的雲氣最終形成恆星。

NGC6334的紅外光圖片,由 Sarah Willis 以從赫歇爾衛星望遠鏡收集到的數據製成。虛線顯示以南極洲蝰蛇望遠鏡觀測到的大型磁場

李教授和他的團隊感興趣的是磁場在高質量恆星的形成中所扮演的角色。他們瞄準位於天蝎座的NGC6334—貓掌星雲,因為這裏的雲氣質量是我們的太陽的二十萬倍,為高質量恆星的誕生提供了肥美土壤,而且雖然離地球五千五百光年,但在天文學角度來說算是相當近,令可靠的觀測得以順利進行。

研究團隊從夏威夷與南極洲兩地的觀測站收集數據,繪製出NGC6334不同標度的磁場線圖,審視其按磁場線排列的雲氣分布。結論是,不論以何種標度分析,雲氣分布均以扁平狀態呈現,而且垂直於磁場線,周邊的雲氣則凝成塊狀,把磁場線微微挾起。

結果清楚顯示磁場在NGC6334中佔主導地位。磁場在這裏既然扮演了恆星形成的主導力量,那麼萬有引力和湍流便需角逐剩餘的影響力。萬有引力較強的話,雲氣的呈現形狀便會更清晰,恆星形成的速度也會較快;反之,形狀便會模糊,恆星形成的速度也較慢。

李教授的研究結果去年刊登在《自然》期刊。

李教授的另一項研究也印證了這個結果。他們研究三角座星雲(也稱M33)的分子雲中的恆星形成,發現那裏的磁場排序也跟整體的星雲磁場相同。

Frank Otto博士對磁性湍流雲作出的數值模擬。紅線代表磁場方向,紅色部分顯示高密度雲氣;藍色部分顯示低密度雲氣

李教授大學時候在台灣唸數學和物理,其後在美國西北大學取得博士學位,2013年來中大任教,並領導恆星形成的研究。

他的團隊模擬星際力學的成就,有賴中大物理學系內一部擁有一千五百個中央處理器的高能電腦。物理系也正在建造一個繪製磁場的儀器,李教授期待儀器建成後安裝在位於智利阿塔卡馬的次毫米望遠鏡中,將有利他們探討恆星起源的下一步工作。

李教授在智利的阿塔卡馬次毫米望遠鏡前

 

本文出自《中大通訊》第478期(2016年5月)

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李華白 物理學系 天文學 理學院