突然結束的恒星嬰兒期

■ 伯納德·弗因

來自日本國立天文臺和馬克思—普朗克天文學研究所的天文學家在利用夏威夷瑪納凱亞山頂的昴星團望遠鏡觀測編號為HD141569A的年輕恒星時，發(fā)現了環(huán)繞恒星的氣體塵埃盤上的空穴。這條間隙大小相當于土星軌道，其存在證實了這顆青年恒星的嬰兒期因產星盤中氣體電離并逃逸而突然結束的理論。

由Miwa Goto博士和Tomonori Usuda教授領導的小組利用昴星團望遠鏡（Subaru）自適應光學和紅外照相機與攝譜儀（IRCS）帶來的非凡空間分辨率的優(yōu)勢，在紅外波段一氧化碳發(fā)射線上分辨出了HD141569A恒星盤的最內緣。通過了解氣體的情況，新的研究成功地確定了盤內緣空穴的大小。

320光年外，HD141569A星周盤的一氧化碳輻射延伸范圍是地球軌道半徑的50倍。輻射在靠近恒星的內緣部分逐漸增強。發(fā)射的峰值在15天文單位左右，然后隨著與恒星距離的減小，輻射逐漸減弱。

理論上說，星周盤內緣空隙可以因為恒星磁層閉線的切斷產生。這一過程叫做磁層切斷，可以解釋塵埃中出現空隙的原因。但是，切斷產生的空隙很小，只有0.01的天文單位，也就是恒星本身的大小，所以并不能解釋目前的觀測。

恒星輻射導致的塵埃因升華而瓦解也能在盤的內緣產生空隙。對HD141569A中央空隙的最佳解釋是，其半徑與恒星的引力半徑相吻合。這是從恒星中逃逸出的電離氣體的聲速與恒星的逃逸速度相等時的半徑。盤中的氣體在引力半徑處密度最高，中央的恒星吸收的輻射能比外緣更多。因此，星周盤因光致蒸發(fā)導致的質量損失在引力半徑處最為顯著。

HD141569A星周盤的內緣空隙與引力半徑相近的大小說明，空隙的產生是光致蒸發(fā)的結果，盤中的氣體被電離并逃逸出去。它同樣說明，一般情況下，光致蒸發(fā)實際上比可能存在的其他過程更能有效地瓦解年輕恒星的星周盤。

當分子云中的氣體聚集時，恒星產生了。氣體的主要成分是分子氫。由于角動量的存在，氣體并不能直接落向恒星的表面。相反，先形成的是一個薄的盤狀環(huán)星結構，在環(huán)繞恒星運動的過程中逐漸損失角動量，恒星才能最終吸收這些氣體。沒有這樣的“星周盤”，恒星不能從產星云團中積聚物質。除卻提供產星所需的氣體，星周盤還為行星的誕生提供了原材料。產星過程剩余的氣體逐漸聚集在一起，產生了碎礫和巖石。所有這些物質一邊繼續(xù)圍繞恒星運動，一邊聚合成還要大的天體。最終，如果條件允許，這樣的吸積過程產生了類似地球的巖石行星。

新近對星周盤的這項研究發(fā)揮了觀測盤中熱輻射和固體散射的優(yōu)點。然而，在盤存在的初期，這些固體物質只占整個盤質量的1%。觀測星周盤并研究一氧化碳而非塵埃成分意味著我們在觀測一個氣體盤部分，這也是盤的主要成分。

星周盤只是在中央恒星從其中吸積氣體的過程中存在很短時間。如要了解盤的演化，不妨假設恒星的壽命為100年。星周盤在瓦解前只能存在3天～1個月。恒星周圍產生行星系統(tǒng)的唯一機會就在星周盤短短的一生中。如果恒星的電離輻射驅散盤之前阻止了塵埃盤積聚成行星，恒星作為恒星系中樞的機會就永遠喪失了。因此，星周盤瓦解的時間和方式就直接影響了行星形成的可能性。