捕捉恒星诞生前的宇宙“漂移”

引言：恒星形成与磁场的角色

恒星，如同我们的太阳，是通过称为“原恒星核”的星际天体坍缩而形成的。这些原恒星核是气体和尘埃的冷密聚集体，由引力束缚在一起。然而，恒星形成的具体机制仍然存在许多未解之谜。其中一个关键问题是磁场在其中的作用。强磁场可以穿透原恒星核，如果磁场过强，它会阻碍引力的坍缩，从而延缓甚至阻止恒星的诞生。因此，理解原恒星核如何削弱其磁场强度，成为揭示恒星早期形成过程的核心课题。

研究背景：原恒星核与磁支撑

原恒星核是引人入胜的天体。它们不仅致密而寒冷，还拥有复杂的化学环境。低温条件使得分子能够组装成更复杂的结构，例如生命起源前的有机分子前体。然而，正是这种寒冷的环境也为观测带来了挑战：常见的分子示踪剂会冻结在尘埃颗粒上，变得不可见。科学家们一直在探索磁场如何影响恒星形成，特别是原恒星核如何克服磁支撑实现引力坍缩。此前，理论预测了一种称为“双极扩散”的过程，即离子与中性粒子之间的相对漂移，能够有效减弱磁场支撑，但这一现象从未在原恒星核中被直接观测到。

观测方法：使用IRAM望远镜追踪离子和中性分子

为了探测双极扩散，由九州大学和马克斯·普朗克地外物理研究所组成的研究团队将目光投向了金牛座分子云中的原恒星核L1544——它是距离地球最近的恒星形成区之一。团队利用毫米波射电天文研究所（IRAM）的30米望远镜进行观测。在分子云中，气体被部分电离，离子与磁场强耦合，而中性粒子则通过碰撞间接与磁场相互作用。研究这些分子的行为是理解核心磁场状态的关键。由于原恒星核极度寒冷，常见的分子示踪剂会冻结，因此团队不得不寻找新的示踪分子。他们选择了重氮鎓离子（N₂D⁺）作为离子示踪剂，以及对位单氘代氨（para-NH₂D）作为中性分子示踪剂，因为这两种分子通常位于原恒星核内类似的高密度区域。通过收集核心的光谱数据，研究人员模拟了这两种分子的速度分布。

关键发现：首次探测到双极扩散

研究团队在L1544核心中发现了清晰的离子与中性分子之间的速度差异，约为0.05公里/秒。这一差异被解释为离子-中性粒子漂移的证据。随着原恒星核密度增加，核心逐渐屏蔽外部辐射，电离率下降。这削弱了分子与磁场的耦合，最终中性粒子因引力作用而与磁场解耦并向内漂移，而离子仍附着在磁场上。中性粒子向核心中心坠落时加速，而离子继续受磁场约束，从而产生了速度差异。这就是双极扩散过程。此前，在原恒星核中观测这一现象是一项重大挑战。随着双极扩散持续，磁场强度逐渐降低，最终引力成为核心的主要驱动力，导致核心引力坍缩，形成原恒星。

科学意义：理解恒星形成与生命起源

这项研究首次直接探测到了原恒星核中的双极扩散现象，为恒星早期形成的关键过程提供了重要见解。它不仅揭示了磁场如何被削弱从而允许引力坍缩，还进一步解释了恒星系统是如何被创造出来的。理解恒星形成，关乎行星系统乃至生命起源的基本问题。正如研究作者所言，这些成果得益于气体动力学、天体化学和尘埃物理学领域专家观测者与理论家的跨学科合作。它帮助科学家更好地理解整个宇宙的演化。

未来展望

研究团队希望通过观测更多的原恒星核，并获取更高角分辨率的观测数据，来更好地绘制离子和中性分子的速度漂移图，从而进一步验证他们的发现。随着射电望远镜技术的进步，对原恒星核内部动力学的精细研究将成为可能，这将不断深化我们对恒星形成过程的理解，并最终揭开宇宙中生命起源的奥秘。

原标题：Capturing the cosmic 'drift' before a star is born。 来源：phys.org。

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