韦伯望远镜揭示蛇夫座星云中的壮观恒星喷流

一些最伟大、最有趣的天文发现让研究人员大吃一惊，即使是在研究最深入的天空区域时也是如此。这些发现往往是新技术或偶然时机的结果。在美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）对蛇状星云的一项新研究中，两者兼而有之。

在美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜上的近红外相机（NIRCam）拍摄的这幅蛇夫座星云图像中，天文学家发现在一个小区域内（左上角）有一组排列整齐的原恒星外流。在韦伯望远镜的图像中，这些喷流呈现出红色的明亮块状条纹，这是喷流撞击周围气体和尘埃产生的冲击波。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Klaus Pontoppidan（NASA-JPL）、Joel Green（STScI）

在星云的一个区域，韦伯已经将以前看似模糊的球状物解析成了清晰的原恒星外流。更让研究人员惊讶的是，这些外流被看成是排列整齐的，这表明我们在这一区域的历史上捕捉到了一个独特的时刻，并提供了恒星诞生的基本信息。

在韦伯太空望远镜的新图像中首次进行了同类检测

美国国家航空航天局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）首次捕捉到了天文学家一直希望直接拍摄的现象。在这幅令人惊叹的蛇夫座星云图像中，这一发现位于这个年轻的、附近恒星形成区的北部区域（见左上方）。

天文学家发现了一组有趣的原恒星外流，它们是新生恒星喷出的气体射流与附近的气体和尘埃高速碰撞后形成的。通常情况下，这些天体在一个区域内会有不同的方向。然而，在这里，它们朝着同一个方向倾斜，程度相同，就像暴风雨中倾泻而下的雨夹雪。

韦伯望远镜精湛的空间分辨率和近红外波长的灵敏度使得发现这些排列整齐的天体成为可能，这为了解恒星是如何诞生的基本原理提供了信息。

位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的美国宇航局喷气推进实验室的首席研究员克劳斯-庞托皮丹（Klaus Pontoppidan）说："天文学家长期以来一直认为，当云层坍缩形成恒星时，恒星会趋向于朝同一方向旋转。然而，这种现象以前从未如此直接地出现过。这些排列整齐、拉长的结构是恒星诞生的基本方式的历史记录"。

这张来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的图片显示了蛇夫座星云的一部分，天文学家在这里发现了一组排列整齐的原恒星外流。这些喷流以红色的明亮块状条纹为标志，这是喷流撞击周围气体和尘埃产生的冲击波。在这里，红色代表分子氢和一氧化碳的存在。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Klaus Pontoppidan（NASA-JPL）、Joel Green（STScI）

恒星形成的机理

那么，恒星喷流的排列与恒星的旋转有什么关系呢？当星际气体云撞向自身形成恒星时，它的旋转速度会更快。气体继续向内移动的唯一方法就是去除部分自旋（称为角动量）。年轻恒星周围会形成一个物质盘，将物质向下输送，就像排水口周围的漩涡一样。内盘中的漩涡磁场将部分物质发射成双子喷流，以垂直于物质盘的相反方向向外喷射。

在韦伯望远镜的图像中，这些喷流以红色的明亮块状条纹为标志，这是喷流撞击周围气体和尘埃产生的冲击波。在这里，红色代表分子氢和一氧化碳的存在。

这幅图像显示的是美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）看到的蛇夫座星云中心。在这幅图像中，整个区域中不同色调的丝状物和缕状物代表了云中仍在形成的原恒星反射的星光。在某些区域，反射光前方有尘埃，在这里呈现出橙色的漫射阴影。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Klaus Pontoppidan（NASA-JPL）、Joel Green（STScI）

增强型成像技术

韦伯望远镜的主要作者、巴尔的摩太空望远镜科学研究所的乔尔-格林（Joel Green）说："蛇夫座星云的这一区域--蛇夫座北星云--只有在韦伯望远镜上才能清晰地看到。我们现在能够捕捉到这些极其年轻的恒星和它们的外流，其中一些恒星以前只是以圆球的形式出现，或者由于它们周围厚厚的尘埃而在光学波长下完全看不到。"

天文学家说，在年轻恒星生命的这一时期，有几种力量可能会改变外流的方向。其中一种方式是双星相互旋转，摆动方向，随着时间的推移扭曲外流的方向。

这幅由韦伯近红外相机（NIRCam）拍摄的蛇夫座星云图像显示了罗盘箭头、比例尺和供参考的色键。向北和向东的罗盘箭头显示了图像在天空中的方位。请注意，相对于地面地图上的方向箭头（从上往下看），天空中的北方和东方之间的关系（从下往上看）是颠倒的。刻度条标注的单位是光年，也就是光在一个地球年所走过的距离。一光年约等于 5.88 万亿英里或 9.46 万亿公里。这张图片显示的是不可见的近红外光波长，这些波长已被转换成可见光的颜色。色键显示了在收集光线时使用了哪些 NIRCam 滤光片。每个滤光片名称的颜色就是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Klaus Pontoppidan（NASA-JPL）、Joel Green（STScI）

蛇夫座星云的恒星

蛇夫座星云距离地球 1300 光年，只有一两百万年的历史，从宇宙的角度来看非常年轻。它也是一个新形成的恒星（约 10 万年）特别密集的星团的所在地，在这张图片的中心可以看到。其中一些恒星的质量最终将达到我们太阳的质量。

格林说："韦伯望远镜是一台年轻恒星天体探测机器。在这个领域中，我们可以捕捉到每一颗年轻恒星的路标，直至质量最低的恒星。我们现在看到的是一幅非常完整的画面。"

在这张照片的整个区域中，不同色调的丝状物和缕状物代表了云中仍在形成的原恒星反射的星光。在某些区域，反射光前方有灰尘，在这里呈现出橙色的漫射阴影。

2020 年，美国宇航局哈勃太空望远镜的数据显示，一颗恒星的行星形成盘发生了扇动或移动，"蝙蝠阴影"由此得名。在韦伯图像的中心位置可以看到这一特征。

未来研究之路

新图像和偶然发现的对齐天体实际上只是这项科学计划的第一步。研究小组现在将利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec）来研究云的化学构成。

天文学家们对确定挥发性化学物质如何在恒星和行星形成过程中存活下来很感兴趣。挥发性物质是在相对较低的温度下升华或从固态直接转变为气态的化合物，包括水和一氧化碳。然后，他们将把他们的发现与在类似类型恒星的原行星盘中发现的数量进行比较。

"从最基本的形式来看，我们都是由来自这些挥发物的物质构成的。地球上的大部分水起源于数十亿年前太阳还是一颗幼年原恒星的时候，"庞托皮丹说。"观察原恒星在形成原行星盘之前这些关键化合物的丰度，有助于我们了解太阳系形成时的独特环境。"

这些观测是第 1611 号一般观测者计划的一部分。研究小组的初步结果已被接受在《天体物理学报》上发表。

詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）是一个大型天基观测站，将于 2021 年 12 月发射。它是哈勃太空望远镜的科学继承者。JWST 配备了一个 6.5 米长的主镜，专门观测红外光谱中的宇宙，使其能够比以往任何时候都能回溯到更久远的过去。这种能力使望远镜能够研究最初星系的形成、恒星和行星系统的演化以及遥远系外行星的大气层。JWST 位于第二拉格朗日点（L2），距离地球约 150 万公里，旨在提供前所未有的分辨率和灵敏度，为探索宇宙打开新的窗口。

编译来源：ScitechDaily