中國天眼新發(fā)現(xiàn)登Nature封面：恒星形成速度比我們想象快10倍

曉查 2022-01-06 12:02:40 來源：量子位

曉查 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

好消息！

“中國天眼”FAST又有新的重大發(fā)現(xiàn)，而且還登上了最新一期的Nature封面。

這一次，由國家天文臺慶道沖、李菂領導的國際合作團隊，利用FAST測量了450光年外星云內部的磁場。

他們的觀測結果或將顛覆科學家恒星形成理論，也許恒星形成速度比我們想象的快10倍。

△?FAST探測分子云磁場，圖片來自國家天文臺

中科院國家天文臺在新聞發(fā)布會上表示，這是利用原子輻射手段探測分子云磁場的從0到1的突破。

馬克斯·普朗克天體物理研究所的Paola Caselli教授說：“如果其他氣體云中的情況也證明如此，那么對恒星形成研究領域來說，（這一發(fā)現(xiàn)）將是革命性的?！?/p>

△?FAST（500米口徑球面射電望遠鏡），圖片來自新華社

FAST發(fā)現(xiàn)了什么

長期以來一直認為，天文學家一直認為恒星的形成需要數百萬年。而在星云坍縮成恒星的過程中，磁場起到關鍵作用。

法拉第用自制線圈測量磁場，但我們顯然不可能把天線伸到外太空。好在有塞曼效應可以讓我們間接測量磁場。

所謂“塞曼效應”，是指光譜的一條線在磁場作用下分裂成多條線的現(xiàn)象，通過測量多條線之間的頻率差，就可以算出磁場的強度。

△?塞曼效應示例：A為無磁場時的光譜，B和C為有磁場時的光譜

對于星云來說，塞曼效應主要發(fā)生在無線電波頻段，而FAST正是全球最靈敏的射電望遠鏡。

但是星云中的塞曼效應實在太弱了。

2003年，李菂和Paul Goldsmith提出了一種HI窄自吸收 (HINSA) 技術，解決了這一問題。

HINSA是由氫原子與氫分子碰撞冷卻而產生的無線電信號。HINSA對磁場的反應也相對較強，比一般的分子信號強5~10倍。

因此HINSA的塞曼效應被認為是研究星云中磁場的有力工具。

此前，科學家們用其他射電望遠鏡研究了450光年外L1544分子云，分別測量了它外層和內核的磁場強度。

△?L1544分子云，圖片來自ESA

它們發(fā)現(xiàn)，在外層，磁力占據著主導作用，而內核雖然磁力更強，但分子密度也更大，因此萬有引力占主導作用。

還缺少的就是介于外層和內核之間中間層的數據，F(xiàn)AST承擔了測量這一區(qū)域磁場的任務，首次實現(xiàn)了HINSA塞曼效應的探測。

結果國家天文臺團隊發(fā)現(xiàn)，中間層的磁場強度為4微高斯，只有地球磁場的600萬分之一，而且并不比分子云外層強。

“如果要抵御密度增加100倍帶來的引力，磁場需要更強，但這并沒有發(fā)生”，李菂說。

也就是說，星云中的磁力可以抵御引力的地方應該更靠近外層而不是核心，星云坍縮成恒星所需的時間也比之前預測得要少得多。

論文第一作者慶道沖表示，這一發(fā)現(xiàn)意味著，氣體云的進化成恒星胚胎的速度比之前想象的要快10倍。

星際磁場如何消散導致星云坍塌，目前仍然是恒星形成中的未解之謎。

長期以來，天文學家都認為主要是雙極性擴散將中性粒子從等離子體中分離出來，導致的引力坍縮發(fā)生。

而最新發(fā)現(xiàn)指出磁場消散發(fā)生在分子云包層的形成過程中，其中可能存在與雙極性擴散不同的機制。

FAST再立新功

就在FAST新發(fā)現(xiàn)登上Nature封面的前一天，中國科學院國家天文臺舉行新聞發(fā)布會，介紹了FAST去年在國際天文前沿領域取得的重要科學成果。

△?國家天文臺新聞發(fā)布會現(xiàn)場，圖片來自新華社

除了中性氫譜線測量星際磁場外，F(xiàn)AST還有以下重大發(fā)現(xiàn)：

1、在約50天內探測到1652次爆發(fā)事件，獲得迄今最大的快速射電暴爆發(fā)（FRB）事件樣本，超過此前本領域所有文章發(fā)表的爆發(fā)事件總量，研究論文于去年10月14日發(fā)表在Nature上。

2、截至目前，F(xiàn)AST共發(fā)現(xiàn)約500顆脈沖星，成為世界上發(fā)現(xiàn)脈沖星效率最高的設備。

國家天文臺表示，2021年，基于超高靈敏度的明顯優(yōu)勢，F(xiàn)AST已成為中低頻射電天文領域的觀天利器。

FAST過去一直是尋找脈沖星的主要力量。這次新的研究結果表明，F(xiàn)AST也能參與包括恒星形成等天文學問題。

中國科學院院士、國家天文臺臺長常進表示，未來FAST將致力于尋找小于1毫秒的亞毫秒脈沖星，這也是全世界都在找的一種系統(tǒng)。

另外，F(xiàn)AST還計劃在2022年給全國中小學生開放1%的觀測時間，由中小學生提出科學想法，由天文學家?guī)椭麄儊韺崿F(xiàn)。

團隊簡介

本文第一作者是來自中國臺灣清華大學的慶道沖，2017年應征來國家天文臺工作。

△?慶道沖，圖片來自ETtoday網站

畢業(yè)時，他在臺灣和大陸都有投簡歷，但最后只收到國家天文臺的回復，

對于能到天眼工作，慶道沖感到非常興奮，因為這對他來說是一份“夢幻工作”。

本文通訊作者是國家天文臺FAST首席科學家李菂。他本科就讀于北京大學，后來赴美國康奈爾大學攻讀博士學位。畢業(yè)后在美國史密松天體物理中心、NASA噴氣推進實驗室工作。

△?李菂在《開講啦》演講，圖片來自央視

2012年，李菂回到國內，進入中科院國家天文臺，2015年任FAST工程副總工程師，2018年成為FAST首席科學家。

參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-021-04159-x
[2]https://www.science.org/content/article/stars-may-form-10-times-faster-thought
[3]https://phys.org/news/2022-01-coherent-interstellar-magnetic-field.html
[4]http://www.news.cn/politics/2022-01/06/c_1211519084.htm
[5]http://www.news.cn/tech/2022-01/06/c_1128236091.htm