天文学家首次观测到正在形成中的双星系统
天文学家近期取得了一项引人注目的成果:首次观察到两颗仍在成长阶段的大质量恒星相互旋转的情景。这对恒星伴侣令人惊讶的地方在于,它们似乎并非共同源自同一团气体云,而是在诞生后才相遇。研究小组表示,这是“第一次能够在两颗大质量恒星的形成过程中,观测到它们之间的相互运动”。此次观测的对象是名为IRAS 07299−1651的双星系统,位于离地球约5300光年远的地方。研究团队自2019年开始关注这一系统,并花费了八年时间重建其三维结构,所用设备包括阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)、甚大天线阵(VLA),以及詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)和甚大望远镜(VLT)的红外影像。
这项研究的重要性在于,星体的形成和演变关系到我们对整个宇宙的理解。许多人或许会认为,恒星通常是孤独存在的,但在银河系中,大约一半的中等质量恒星都有伴星,而在大质量恒星中,携伴星的比例达到了90%左右。这些大质量恒星最终会以超新星的形式爆发,反过来影响周围的宇宙环境。因此,了解双星系统的形成过程不仅能够满足科学的好奇心,还有助于深化我们对恒星及其演化的认知。过去的主流理论认为,大部分双星系统是来自同一片正在坍缩的气体和尘埃云,云团分裂成几部分,并各自形成一颗恒星。然而,IRAS 07299−1651的情况则与这种理论存在明显差异。
最初的观测并未显示出异常迹象,两颗原恒星看似符合共同起源的理论。然而,研究人员注意到它们周围的物质盘方向严重倾斜。根据已有理论,即使这些盘来自同一片气体云,后续分裂也应保持相似的方向。可实际观测显示,这些盘彼此及与恒星轨道之间的角度非常尖锐,说明存在明显的不对齐现象。此外,轨道形状令人惊讶。研究团队原本预计会看到更接近圆形的轨道,结果却发现它们非常扁平,偏心率极高,几乎达到了抛物线形式。这种轨道形态与同一气体云内安稳诞生的场景明显不符,更像是两颗恒星在各自形成后通过某种方式聚集在一起。
为了揭示这些细节,研究团队的成功依赖于多台望远镜的协同工作。他们将ALMA和VLA的射电观测数据与JWST和VLT的红外图像结合,首次完整重建了IRAS 07299−1651的三维结构。这一过程让研究者不仅能够观察到恒星之间的相互运动,还清楚了解物质盘的定向以及它们向外喷射物质流的角度。来自西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的鲁本·费德里亚尼表示:“每个望远镜都提供了拼图的不同部分。”通过射电观测揭示恒星周围的物质分布,再结合红外波段捕捉恒星和热物质的信号,原本被尘埃遮挡的形成现场得以清晰呈现。
如果IRAS 07299−1651中的两颗恒星确实不是共同形成的,那么这一发现可能为双星形成理论提供了新的视角。尽管科学界早已认识到双星系统的普遍性,但这并不意味着它们只有一种形成路径。当前的系统暗示出,至少有部分大质量双星可能是在形成后通过引力相互作用而结合的。研究团队并未最终下结论,原文中提到这些恒星并不是来自同一团打破的气体云,而是出生后期相遇,这一观点仍是基于观测推测,轨道偏心率高和物质盘的显著倾斜是支持这一推测的主要依据,但它们如何精确相遇仍是一个待解的问题。
研究团队负责人、来自上海交通大学的张一辰表示:“我们第一次能在两颗大质量恒星形成过程中观察到它们之间的相互旋转。”这强调了“第一次”和“正在形成中”的重要性——以往的研究多关注已成型的双星系统及其推测的形成过程,而此次则是当下形成动态过程的直观观测。
IRAS 07299−1651的观测结果使得“双星一定来源于同一团云”的传统看法不再理所当然。这至少表明,恒星形成早期的环境可能比我们想象得更为复杂,恒星之间的“出生后相遇”路径值得深入探讨。接下来要关注的是,此类“倾斜盘、扁平轨道”系统在大质量原恒星中是否常见。若能找到更多类似样本,天文学家或许需要重新审视后期结合的方式在双星形成中所占比例。当前这个系统,犹如一扇刚刚开启的小窗,让我们得以窥见恒星家庭关系的形成未必总是来源于同一“出生证明”。