马克斯·普朗克学会 帮助年轻恒星成长的热气流的艺术印象
磁场将物质从周围的行星诞生地星周盘引导到恒星表面，在那里产生强烈的辐射
学分:A
马克·加尔利克 天文学家使用重力仪器比以往任何时候都更详细地研究了年轻恒星的邻近区域
他们的观察证实了一个关于年轻恒星成长的30年前的理论:恒星自身产生的磁场将周围气体和尘埃吸积盘中的物质导向其表面
今天发表在《自然》杂志上的研究结果帮助天文学家更好地理解像我们的太阳这样的恒星是如何形成的，以及类似地球的行星是如何由这些恒星宝宝周围的圆盘产生的
当恒星形成时，它们开始时相对较小，位于气体云的深处
在接下来的几十万年里，它们将越来越多的周围气体吸引到自己身上，在这个过程中增加了它们的质量
利用重力仪器，一组研究人员，包括来自马克斯·普朗克天文学研究所(MPIA)的天文学家和工程师，现在已经找到了气体是如何漏入年轻恒星的最直接的证据:它是由恒星的磁场以狭窄的柱状物引导到表面的
相关的长度尺度是如此之小，以至于即使用目前最好的望远镜也不可能获得这个过程的详细图像
尽管如此，利用最新的观测技术，天文学家至少可以收集到一些信息
在这项新的研究中，研究人员利用了名为“重力”的仪器极高的分辨率
它将位于智利巴拉那天文台的欧洲南方天文台(ESO)的四个8米长的VLT望远镜组合成一个虚拟望远镜，可以分辨小细节，就像一个100米长的望远镜可以分辨小细节一样
利用重力，研究人员能够观察到恒星TW Hydrae周围气体圆盘的内部
这项研究的主要作者和首席科学家雷贝卡·加西亚·洛佩斯(马克斯·普朗克天文学研究所、都柏林高等研究所和都柏林大学学院)说:“这颗恒星很特别，因为它离地球非常近，只有196光年，围绕它的物质圆盘正对着我们。”
“这使得它成为探索来自行星形成盘的物质如何被引导到恒星表面的理想候选
" 天文学家通过观察发现，整个系统发出的近红外辐射确实来自于最内部的区域，也就是氢气落到恒星表面的地方
结果清楚地指向一个称为磁层吸积的过程，即由恒星磁场引导的物质吸积
恒星诞生和恒星成长 当分子气体云中的一个致密区域在自身重力作用下坍缩，变得相当致密，并在此过程中升温时，恒星就诞生了，直到最终产生的原恒星的密度和温度如此之高，以至于氢到氦的核聚变开始
对于质量约为太阳两倍的原恒星来说，质子-质子核聚变点火前的一千万年左右构成了所谓的T Tauri相(以第一颗观测到的这种恒星命名，金牛座中的T Tauri)
我们在恒星发展的那个阶段看到的恒星，被称为T金牛座恒星，非常明亮，尤其是在红外光下
这些所谓的“年轻恒星物体”还没有达到它们的最终质量:它们被产生它们的云的残余所包围，特别是被收缩成恒星周围圆盘的气体所包围
在那个圆盘的外部区域，尘埃和气体聚集在一起，形成越来越大的天体，最终将成为行星
另一方面，来自内盘区域的大量气体和尘埃被吸引到恒星上，增加了它的质量
最后但同样重要的是，恒星的强烈辐射将相当一部分气体作为恒星风排出
表面指南:恒星磁场 天真地，人们可能会认为将气体或尘埃输送到一个巨大的、受引力作用的物体上是很容易的
相反，事实证明根本没那么简单
由于物理学家所谓的角动量守恒，任何物体——无论是行星还是气体云——围绕一个质量运行比直接落到它的表面要自然得多
尽管如此，一些物质设法到达表面的一个原因是所谓的吸积盘，其中气体围绕中心质量运行
内部有大量的内耗，持续地允许一些气体把它的角动量传递给气体的其他部分，并进一步向内移动
然而，在距离恒星不到恒星半径10倍的地方，吸积过程变得更加复杂
穿越最后一段距离很棘手
30年前，兰德斯滕瓦尔特·科尼格斯图尔大学(后来成为海德堡大学的一部分)的马克斯·卡曼津德提出了一个解决这个问题的方案
恒星通常有磁场——例如，我们太阳的磁场会有规律地加速我们方向的带电粒子，导致北极光或南极光现象
在众所周知的磁层吸积中，年轻恒星物体的磁场以独特的柱状流将气体从星周圆盘的内缘引导到表面，帮助它们以允许气体流向恒星的方式释放角动量
在最简单的情况下，磁场看起来类似于地球的磁场
来自圆盘内缘的气体将被输送到磁北极和恒星的磁南极
检查磁层增生 拥有一个解释特定物理过程的模型是一回事
然而，能够使用观察结果来测试该模型是很重要的
但是所讨论的长度尺度是恒星半径的数量级，在天文尺度上非常小
直到最近，这种长度尺度太小，即使是在最近的年轻恒星周围，天文学家也无法拍下显示所有相关细节的照片
年轻恒星上物质磁层吸积过程的示意图
年轻恒星产生的磁场将气体通过流动通道从圆盘带到恒星的极地
电离的氢气发出强烈的红外辐射
当气体撞击恒星表面时，会产生震动，使恒星亮度变高
信用:MPIA图形部门 磁层吸积确实存在的第一个迹象来自于对一些金牛座恒星光谱的研究
气体云的光谱包含气体运动的信息
对于一些T Tauri恒星，光谱显示圆盘物质以高达每秒几百公里的速度落在恒星表面，为沿着磁场线的吸积流的存在提供了间接证据
在少数情况下，靠近陶里T星的磁场强度可以通过结合高分辨率光谱和偏振术直接测量，偏振术记录了我们从物体接收的电磁波的方向。
最近，仪器已经变得足够先进——更具体地说:已经达到足够高的分辨率，足够好的辨别小细节的能力——以便能够直接观察，提供对磁层吸积的见解
重力仪器在这里起着关键作用
它是由一个财团开发的，该财团包括由马克斯·普朗克外星物理研究所领导的马克斯·普朗克天文学研究所
自2016年运行以来，重力连接了位于欧洲南方天文台巴拉那天文台的VLT的四个8米望远镜
该仪器使用一种被称为干涉测量的特殊技术
其结果是，重力可以分辨如此微小的细节，就好像观测是由一架100米长的望远镜进行的一样
正在捕捉磁性漏斗 2019年夏天，格勒诺布尔阿尔卑斯大学的杰罗姆·布维尔领导的一个天文学家小组利用重力探测了名为DoAr 44的T陶里星的内部区域
它指的是位于蛇夫座附近恒星形成区的第44颗T陶里星，格鲁吉亚天文学家马达娜·多里兹和亚美尼亚天文学家马拉·阿拉克兰在20世纪50年代末将其列入目录
所讨论的系统发射相当大的光，其波长是高度受激氢的特征
来自恒星的高能紫外线辐射电离了围绕恒星运行的吸积盘中的单个氢原子
磁场然后影响带电的氢原子核(每个都是一个质子)
当氢气沿着吸积流向恒星移动时，加热氢气的物理过程的细节还不清楚
观察到的大幅加宽的谱线表明发生了加热
对于重力观测，角度分辨率足够高，表明光线不是在星周圆盘中产生的，而是在更靠近恒星表面的地方产生的
此外，这种特殊的光源相对于恒星本身的中心有轻微的偏移
这两种性质都与在磁漏斗一端附近发射的光一致，在磁漏斗一端，下落的氢气与恒星表面碰撞
这些结果已经发表在《天文学和天体物理学》杂志的一篇文章中
发表在《自然》杂志上的新结果更进一步
在这种情况下，重力观测的目标是九头蛇星座中的一颗年轻恒星——金牛星
它们是基于对九头蛇星座中的一颗年轻恒星——T Tauri恒星TW Hydrae的重力观测
这可能是同类系统中研究得最好的
太小，无法成为磁盘的一部分 有了这些观察，丽贝卡·加西亚·洛佩斯和她的同事们将界限进一步推向内部
引力可以看到与高激发氢(布莱凯特-γ，Brγ)相关的线对应的发射，并证明它们来自不超过3
横跨恒星半径的5倍(约300万公里，或地球与月球距离的8倍)
这是一个显著的区别
根据所有基于物理学的模型，星周圆盘的内缘不可能离恒星那么近
如果光来自那个区域，它就不能从圆盘的任何部分发出
在那个距离，光也不可能是由年轻恒星物体吹走的恒星风造成的——这是唯一的另一种现实可能性
综上所述，剩下的合理解释是磁层吸积模型
接下来呢？ 在未来的观测中，再次使用重力，研究人员将试图获得数据，使他们能够更详细地重建靠近恒星的物理过程
MPIA大学的合著者和科学家沃尔夫冈·布兰德纳解释说:“通过观察漏斗下端随时间推移的位置，我们希望找到磁性北极和南极离恒星旋转轴有多远的线索。”
如果北极和南极与旋转轴直接对齐，它们的位置将不会随着时间而改变
他们还希望找到恒星磁场是否真的像北极-南极配置一样简单的线索
MPIA大学的主任托马斯·亨宁解释说:“磁场可以更加复杂，而且有额外的磁极。”
“磁场也可以随时间变化，这是对金牛座恒星亮度变化的一种推测性解释
" 总而言之，这是观测技术如何推动天文学进步的一个例子
在这种情况下，体现在重力中的新观测技术能够证实早在30年前就提出的关于年轻恒星物体增长的想法
未来的观察将帮助我们更好地理解小星星是如何被喂养的
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