轉載 : 最新理論顯示“殭屍旋渦”如何幫助新恆星形成

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轉載 : 最新理論顯示“殭屍旋渦”如何幫助新恆星形成



美國宇航局斯皮策太空望遠鏡觀測到的褐矮星的藝術家概念圖，這顆恆星是由旋轉的原行星盤環繞。
美國加州大學伯克利分校的研究學者研發了一種新模型，顯示了旋渦是如何導致原行星盤不穩定，
從而引發氣體向內旋轉促進恆星的形成。



繪架座b星附近恆星環境的圖解。這張圖片是基於利用哈勃太空望遠鏡上哥達德高分辨率攝譜儀進行的觀測。


基於凱克2號望遠鏡的觀測的原行星盤印像圖。

美國《生活科學》網站報導，美國加州大學伯克利分校流體動力學專家提出的最新理論顯示了“殭屍旋渦”是如何幫助新恆星的形成。
旋渦會在環繞新形成恆星的盤狀物死亡區域裡形成。這些殭屍旋渦會動搖盤狀物的氣體，後者會落入恆星裡幫助其完成形成過程。
計算物理學家菲利普·馬庫斯（Philip Marcus）帶領的研究小組發現了氣體密度的變化是如何導致其不穩定性，
後者會產生恆星形成所必須的旋渦。這篇研究被發表在8月20日的期刊《物理評論快報》上。
天文學家認為在新恆星出生的前幾個階段裡，密集的氣體雲會坍塌形成一大塊，在角動量的幫助下，旋轉形成飛盤狀的盤狀物，
在那裡開始形成原恆星。但為了讓原恆星長大，旋轉盤需要丟失一些角動量使得氣體速度能夠減慢並向內層旋轉形成原恆星。
一旦原恆星獲得足夠的質量，它便開始發生核聚變反應。“經過最後一步，一顆新的恆星便出生了。”
機械工程學院的馬庫斯教授這樣說道。至於氣體盤是如何丟失角動量從而使得原恆星能夠獲得足夠的質量卻仍不清楚。

不穩定力量

天文學上的主導理論取決於磁場，因為不穩定力量會減慢行星盤的速度。這個理論存在的問題之一便是氣體需要電離化，
或者獲得一個自由電子而帶電，從而與磁場發生相互作用。然而，原行星盤部分地區因太寒冷而無法發生電離。
“目前的模型顯示由於原行星盤的氣體太冷以至於無法與磁場發生相互作用，因此原行星盤是非常穩定的，” 馬庫斯說道。“
很多區域由於非常穩定，因此天文學家將其稱之為死亡區域——至於原行星盤的物質是如何變得不穩定並坍塌形成恆星仍然不清楚。”
研究人員表示目前的模型無法解釋原行星盤氣體密度的變化。
“密度的改變創造了暴力的不穩定性的開口，”研究合作作者、機械工程博士研究生佩德拉姆·哈桑扎德（Pedram Hassanzadeh）這​​樣說道。
當他們在試圖解釋電腦模型裡的密度變化時，原行星盤出現了3D旋渦，這些旋渦孵化出更多旋渦，從而導致原行星盤角動量的最終瓦解。
“由於這些旋渦出現在死亡區域，且由於新產生的巨大旋渦逐步覆蓋了整個死亡區域，因此我們將其稱之為殭屍旋渦，”馬庫斯這樣說道。
“殭屍旋渦導致環繞氣體變得不穩定，使得後者落入原恆星並輔助完成恆星形成過程。”
研究人員注意到液體或氣體的垂直密度在整個自然界都發生了變化，從海洋——靠近海底的水比接近海面的水更冷更咸更密集——到大氣層，
越高海拔的氣體越稀薄。這些密度的改變往往會創造不穩定性，從而導致湍流和旋渦，例如漩渦、颶風和龍捲風。
木星的可變密度大氣層裡存在大量渦流，包括著名的大紅斑。
催生恆星出生
這個最新模型吸引了馬庫斯的同事的注意，包括加州勞倫斯利福莫爾國家實驗室的理論天體物理學家和天文學兼職教授理查德·克萊恩(Richard Klein)。
克萊恩和恆星形成專家、美國加州大學伯克利分校物理學和天文學家教授克里斯多夫·麥琪（Christopher McKee）正與馬克思一起合作，
對殭屍旋渦進行更多測試。
克萊恩和麥琪在過去的十年間一直密切合作試圖計算出恆星形成關鍵的最初階段，這個階段描述了巨大氣體雲坍塌成飛盤狀的圓盤。
他們將與馬庫斯的研究小組合作，向他們提供計算出的環繞原恆星的盤狀物的速度、溫度和密度。
這項合作將幫助馬庫斯的研究小組在更加實際的原行星盤模型裡計算出殭屍旋渦的形成和發展。
“其它的研究小組也解釋了原行星盤的不穩定性，但問題之一在於這些不穩定性需要持續不斷的攪動，” 克萊恩說道。“
殭屍旋渦最大的特點是自我複制，因此即使最初只有少數旋渦，它們最終會覆蓋原行星盤的整個死亡區域。”
美國加州大學伯克利分校的其它研究合作作者包括機械工程學院的博士研究生裴蘇陽（Suyang Pei）和博士後研究員蔣崇祥（Chung-Hsiang Jiang）。
這一研究得到了美國國家科學基金會的支持。

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