研究表明，大质量恒星是吃“臭气”长大的

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组

后期：胡永葳

责任编辑：王启儒

原文发布于 universetoday.com

艺术概念图展示了氨气沿着旋转吸积盘落向年轻恒星 Cepheus A HW2 的情景。这颗恒星的质量正在增长，最终质量将达到太阳的 12 倍。Credit: NSF/AUI/NSF NRAO/B. Saxton

银河系中最庞大的恒星其质量可达太阳的百倍，它们炽热、明亮、呈蓝色光，往往以超新星爆炸在生命终点谢幕。天体物理学家一直想弄清，这些“巨无霸”究竟如何长到如此规模，而答案可能就隐藏在一种家用化学物质中。

科学家常拿像 BAT99‑98 这样的超大质量恒星作例子——这颗沃尔夫–拉叶型(Wolf‑Rayet)恒星的质量超200倍太阳质量。但是按理论推算，当年轻原恒星的辐射压力向外“顶”到一定程度时，其生长应在大约 30 个太阳质量处被迫停止；而且大质量恒星的成长期本就比普通恒星短，这让谜团更加复杂。但事实上，某些恒星还是突破了这一“上限”，长成了质量惊人的庞然大物。

要理解大质量恒星如何超重，最大的难点在于它们所处的环境：由厚厚气体和尘埃遮蔽的区域。近日，研究团队利用甚大阵列射电望远镜(VLA)观测了 2300 光年外的造星区 Cepheus A 中的一颗年轻恒星 HW2。因为距离相对较近，Cepheus A 是研究恒星形成的理想“实验室”。

“Cepheus A 区域孕育着一颗极年轻的恒星 HW2，它距离我们仅次于另一颗同类天体，正成长为质量约12倍太阳质量的恒星。”研究中写道，“围绕 HW2 的环境长期争论焦点在于是否存在吸积盘；吸积盘的存在与否，是当前恒星形成理论的根基之一。”

当气体云坍缩形成原恒星时，会在其周围出现一个旋转盘状结构，即吸积盘。盘中的物质沿磁力线螺旋下落，被恒星吞噬，使其质量增加。然而，恒星风、喷流、辐射反压以及盘的碎裂等反馈机制都会抑制吸积。

上图为早期研究观测到的 HW2 双喷流。并非所有落向恒星的物质都会被吸收，一部分会以喷流的形式抛射出去。背景则是哈勃望远镜拍摄的区域影像。

Credit:Carrasco‑Gonzalez et.al/Bill Saxton, NRAO, AUI & NSF/STScI

对于动辄数十倍太阳质量的恒星来说，要想继续增重，必须依赖巨大的气体储库。这样的旋转盘有时直径可达一个秒差距(约 3.26 光年)。然而，半径几百天文单位(AU)的吸积盘内区，这才是它的本体。同黑洞的奇点一样，恰恰是这一区域，观测最为困难。

对于内盘如何助力大质量恒星成长，科学界仍无定论。形成如此巨星，需要极高的吸积率，也需要可观的气体储库；在这种条件下，盘的稳定性很容易被碎裂、伴星潮汐作用以及恒星剧烈反馈所破坏——理论与观测都暗示了这一点。

HW2 长期困扰天文学家，因为人们始终无法确定其吸积盘是否存在。此次研究聚焦于一种常见分子——氨(NH₃)。在地球上普普通通的氨气，却是星际云中的“利器”：其谱线既能做“温度计”，又需高密度才能被激发，因此可用来追踪吸积盘中的高密度气体，还能显示向恒星内落的运动。

氨分子的谱线在探测物质下坠运动时格外好用，因为它们会出现两个不对称峰值——蓝移峰和红移峰。研究中的示意图给出了直观解释：VLA 在距恒星 200天文单位内的明亮连续辐射区前方，捕捉到一股沿视线方向下落的 NH₃ 气柱；再往外，则映射到既以径向速度 (vr) 受重力向星体坠落、又以角向速度 (vφ) 低于开普勒速度旋转的氨气。与此同时，顺着系统角动量方向，还有电离原子气体被抛射：北侧为朝向观测者的蓝移气体，南侧则是远离观测者的红移气体。

利用地基天文台观测大质量恒星及其吸积盘原理图。

Credit: Sanna et al. 2025. Astronomy and Astrophysics.

氨的多条跃迁线位于射电波段，能轻松穿透尘埃。VLA 的观测显示，HW2 周围分布着半径200–700天文单位的巨大氨环。团队在四个观测窗口累计 10 小时的时间后测得，气体落向 HW2 的速率约为每年 0.002倍太阳质量——这是已知最高的吸积率之一。

“我们的观测直接证明，大质量恒星可以通过吸积盘把自身‘喂’到数十个太阳质量，”Sanna 在新闻稿中说，“得益于 NSF‑VLA 无与伦比的灵敏度，我们才能在百余天文单位的尺度上解析这些细节，为揭示这一过程提供前所未有的洞察。”

研究团队还将观测结果与大质量恒星形成的数值模拟进行比对，二者高度一致。负责模拟的 André Oliva 教授补充道：“结果与理论预言几乎完全吻合：HW2 附近的氨气几乎在自由落体速度下坍缩，同时以次开普勒速度旋转——这是在重力与离心力共同作用下实现的平衡。”

研究团队在吸积盘的结构中发现了不对称性和湍流迹象，这暗示外部气流——即所谓的“流线”(streamers)——正源源不断地将新鲜气体输送到吸积盘的某一侧。天文学家在其他恒星诞生区也观测到过这类流线，它们通过补给物质，可能在大质量恒星的形成过程中发挥关键作用。

这一发现终结了围绕 HW2 等巨恒星多年来的猜测，证明它们确实可以生成支撑自身快速增重的吸积盘。

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日平说

来源: Reddit

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