天文太空

最明亮的電波星光

獵戶座裡,一顆年輕的星星發出萬丈光芒。

撰文/宋宜真

天文太空

最明亮的電波星光

獵戶座裡,一顆年輕的星星發出萬丈光芒。

撰文/宋宜真

今年1月,美國加州哈特溪的「柏克萊、伊利諾與馬里蘭聯盟」(BIMA)望遠鏡陣列,在獵戶座中捕捉到一陣閃焰。發出閃焰的恆星年齡只有100萬年,比起45億年的太陽公公而言,顯然是年輕多了。閃焰是由於星體表面扭曲的磁場猛然爆裂,迸發出強大的亮光,其燃燒所發出的亮度,竟達到它平常的五倍,掩蓋了身旁其他的星體。這個現象讓BIMA從事星雲觀測的研究人員感到十分興奮,認為如此強大的閃焰,對於行星及其大氣的形成會產生重大影響。


為了捕捉宇宙中各種活動的蛛絲馬跡,天文學家以電波望遠鏡搜尋天空中各個波段的光線,但由於地球的大氣層和電離層就像兩個濾網,只容許波長在10-2~1公尺之間的無線電波,以及4x10-7~7x10-7公尺的可見光到達地面,因此一般電波望遠鏡所搜尋的波段,便大多局限於無線電波(厘米等級)和可見光。而觀測紅外線波段(毫米等級)和X射線波段(波長在10-8公尺以下)的望遠鏡,則需要跑到高山上甚至發射至太空中,才能順利執行任務,蒐集到需要的資料。


電波星體所發射出的厘米波,研究得最為透徹,這些星體包括棕矮星、金牛座T型星、矮星,以及氣體正在散逸之中的巨星。天文學家也已經在各種環境中,研究過年輕星體的電波特性,特別是獵戶座星雲。然而,即便天文學家對獵戶座星雲進行X射線和紅外線的深度搜索,已經確認了許多種電波源,但是對於年輕星體磁場活動的了解,仍然少得可憐。


BIMA所搜尋的則是毫米等級(1~3毫米)的波長。根據8月28日出版的《自然》的新聞報導,在這次獵戶座星雲的觀測過程中,BIMA發現了一道年輕恆星發出來的巨大閃焰,閃焰的波長範圍在毫米等級,波頻為86GHz,亮度也是過去觀測過電波閃焰中最明亮的,這些現象在過去從來沒有觀測過。


幸運之神同樣降臨在錢卓X射線望遠鏡上。這部望遠鏡是在1999年由NASA發射到太空中,繼觀測可見光的哈伯望遠鏡、觀測γ射線的「康普敦γ射線望遠鏡」之後,錢卓X射線望遠鏡以觀測宇宙中的X射線為主。當BIMA發現獵戶座中閃焰的同時,錢卓X射線望遠鏡正巧也正向著獵戶座星雲,因而捕捉到令人眼睛為之一亮的閃光。


由於有如此堅強的實據,加州大學柏克萊分效的BIMA團隊接著便結合其他研究者之力,一起將望遠鏡對準這顆星體,一直到光爆消逝為止,同步追蹤無線電波波長到X射線波長訊號。大約在電波望遠鏡觀測到閃焰的兩天前,X射線量大幅增加;而在美國新墨西哥州的「極大陣列電波觀測站」(VLA)和BIMA觀測到電波,電波發射源便每日衰減,然後在接下來的70天內,閃焰又數度現身,不過就沒有第一次明亮了。


在紅外線的波長範圍內,研究人員發現這顆星體很年輕(相當於處於行星創生時期的太陽),而且它會發出強烈的磁場。不過,這顆星體的電波強度,比起太陽所發出強度最大的電波閃焰,還要大上千萬倍。閃焰應是磁場所引起,強大的磁場會加速電子,發出毫米波,同時磁場還會加熱星體表面附近的氣體,使溫度高達上百萬度,因而發射出明亮的X射線光譜。


問題是,這麼強的磁場從哪兒來?它們為何發生如此激烈的爆裂?這很可能是因為環繞在星體周圍的氣盤以不同的速度旋轉,因而扭曲、斷裂了星體的磁力線,而一旦磁力線重新連結起來,便會發出閃焰。此外,也有可能是這些氣體被吸入星體表面時,間或打斷了星體的磁場。在星體老化的過程中,這些不連續的閃焰可能使星體喪失磁能,如此便可解釋較老的星體(例如太陽)為何不具有磁場。


當然,想要證實這些想法,還有待下一個世代的望遠鏡來解答。BIMA陣列望遠鏡已經在獵戶座之類的區域中,捕捉到最明亮的星體了,等到今年智利的「亞他加馬大型毫米波陣列」(ALMA)望遠鏡蓋好之後,這種更大、功能更多樣的望遠鏡,或許就能偵測到上百個熠熠生輝的星星了。關於這項觀察的報告,請見《天文物理學期刊》

【參考資料】

成大物理系天文所