恒星|“中国天眼”新成果扩展恒星形成认知

此次利用FAST获得的观测值，说明分子云及原恒星核存在磁力耗散的其他机制，分子云可能比经典理论想象的更早达成磁超临界状态，也就是恒星形成的过程可能比想象中更早更快。新的发现将推动解决磁通量问题。
——李菂中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家
◎实习采访人员孙瑜
在星际介质和恒星的形成过程中，磁场是必不可少的，但由于人类对宇宙的了解有限，星际磁场始终是一个“迷雾缭绕”的话题。
1月6日，《自然》以封面文章的形式发表了被誉为“中国天眼”的中国500米口径球面射电望远镜（FAST）利用中性氢谱线测量星际磁场的研究成果。
该研究由中国科学院国家天文台研究员、FAST首席科学家李菂领导的国际合作团队完成。 “这篇文章的重要性体现在方法的创新以及不同于经典理论预期的观测结果。 ”李菂告诉科技日报采访人员。此次研究成果为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。
恒星的起源与“磁通量问题”
什么是“磁通量问题”？
李菂以太阳这颗大家最熟悉的恒星为例解释道，作为太阳系的中心，太阳是一座高热的“核聚变反应堆” ，和其他恒星一样，随时都在喷发着巨大的能量。不过，恒星并非宇宙物质的主要构成，人类肉眼能够看到的那些闪闪发亮的恒星，其质量总和要远远小于星际介质的质量总和。
太阳这颗恒星诞生之前，就是一团由星际介质组成的分子云。
李菂说：“研究恒星的形成，就是研究星际物质的演化。其中非常重要的一环，就是研究星际介质如何聚合在一起，形成核聚变反应。核聚变反应能‘点亮’恒星，从而点亮宇宙。 ”
星际介质聚合在一起，并非易事。由于其分布较广、密度较低，想要塌缩并形成恒星，需要跨越数以亿计的空间尺度。而且只有在足够的密度和压强下，才能产生足够的温度，促成核聚变“点火” 。
在20世纪60年代基本形成的相关理论框架中，星际介质聚合并塌缩为恒星的过程被称为“重力塌缩” 。通俗地说，作为向心力，重力能把介质“压在一块” ，在中心形成极高的密度和温度，实现核聚变。
然而，重力塌缩面临着一系列能量上的阻碍。湍流问题、角动量问题、磁通量问题就是其中的3个经典问题。
李菂解释道，这三大经典问题有一个核心共同点，即它们都涉及“对抗”重力塌缩的力量。在星际介质收缩、密度增加的同时，也会产生对抗重力的、向外的、阻碍进一步塌缩的压力。
磁通量问题就涉及阻碍重力塌缩的压力来源之一。
“描述一个磁场，中学教科书里会画一个磁铁，有南极北极，还有象征附近能量场的、不会交叉的磁力线。 ”李菂表示，星际介质也有磁场，当其进一步收缩时，表面积减小，单位面积里穿出来的磁力线（磁通量）大幅提高，从而产生向外顶的磁阻力。
星际介质要想形成恒星，就要克服磁通量问题。李菂说：“研究磁通量问题，即探索这些普通情况下不会相互交叉的磁力线，是如何被耗散掉，从而使恒星形成过程得以继续的。 ”
FAST观测到微弱但重要的磁场信号
在本次研究中，李菂和研究团队发现在原恒星核包层中，存在一个非常微弱的磁场。这个磁场的强度仅相当于地球磁场的十万分之一。
这是一个高置信度的重要发现。
“结合其他观测证据，我们发现星际介质形成的分子云从外围到核心的磁场没有发生剧烈变化，这和经典理论的期待值是完全不一样的。 ”李菂表示，它意味着分子云可能克服了磁通量问题。