点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:拨开星际磁场迷雾“中国天眼”新成果扩展恒星形成认知
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

拨开星际磁场迷雾“中国天眼”新成果扩展恒星形成认知

来源:科技日报2022-01-25 09:22

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  NASA

  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

  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。”李菂告诉科技日报记者。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。

  在经典理论中,随着分子云密度的增加,其磁场的磁力线密度也会增加,分子云内核的磁场就会相应地变化。“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。”李菂说。

  能够获得如此重要的观测值,原创性的研究方法十分重要。这一方法就是李菂和研究团队原创的中性氢窄线自吸收。

  中性氢既是氢原子,也是宇宙中丰度最高的元素,广泛存在于宇宙的不同时期,是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。相比大多数分子的辐射,氢原子的辐射不仅能提供潜在的、更高信噪比的信号源,而且对同样强度下的塞曼效应会产生更大响应。

  塞曼效应可简单理解为光沿着磁场传播时和磁场的相互作用。通过测量塞曼效应,可了解所观测的星际空间的磁场强弱。

  中性氢窄线自吸收方法,李菂与同事们探索了近20年。

  在FAST落成启用前,1963年建成的美国阿雷西博望远镜一直是世界上最大的射电望远镜。2003年,利用阿雷西博望远镜,李菂和同事合作完成了一次对于距离地球较近的、具有恒星形成潜力的分子暗云原子发射系统观测。在这个过程中,李菂认识到羟基(OH)发射各方面的特征与原子辐射十分相像。于是,他结合新发现,将梳理归纳的新方法命名为“中性氢窄线自吸收”(HINSA),这个新方法可以直观反映观测中星际介质从原子到分子的关键变化过程。

  “HINSA现在已成为研究分子云形成时间尺度的一个最为可靠而且相对通用的实验方法。本次研究一个重要的出发点即实现HINSA潜在的测量塞曼效应的能力。”李菂告诉记者。

  恒星磁场能量耗散的两种可能

  如何解释磁通量问题?天文学家提出了“双极耗散”的经典理论。这一理论认为,星际磁场的耗散过程发生在分子云的内核处。

  当星际介质从原子变成分子且密度足够高时,分子云中便会存在能够挡掉电离光子的尘埃。而当分子云足够“暗黑”,即有很多尘埃遮蔽之后,其中的电子就非常少了,主要成分是中性粒子。带电介质少,磁场作用虽然仍然存在,但是会随着中性和带电介质的逐渐解耦而减弱。

  “这个过程的效率非常差。根据经典理论,在分子云的内核,即分子云最密、最黑暗的地方,磁力线需要几千万年才能耗散掉。然而据FAST此次观测,某个相对年轻、还没有形成恒星但达到一定密度的分子暗云,其内部磁场已经耗散掉了。”李菂介绍说,这说明磁场能量耗散可能存在其他过程。

  李菂和研究团队在这篇文章的最后提出了两种可能性解释。

  一种可能是磁重联。磁重联是太阳爆发过程中重要的能量释放过程。一般认为,快速磁重联是如耀斑、日冕物质抛射和喷流等多种太阳爆发现象的主要驱动机制。李菂说:“我们可以这样简单理解磁重联。本来不交叉的磁力线由于某种原因交叉了,磁场无法稳定存在,随即通过某种过程将能量释放并耗散掉。”

  另一种可能是湍流。虽然磁力抑制物质受引力影响向中心塌缩,但物质实际上可以沿着磁力线运动。湍流可推动物质沿磁力线流动,加速物质和磁场耦合,使得流动后形成的密度更高的地方,磁力线密度并没有增加,从而实现磁场能量等效耗散。

  记者 孙 瑜

 

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 大运河景观带成为沧州文化新地标

  • 河南邓州:小麦测产迎丰收

独家策划

推荐阅读
立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展,迫切需要加快实现高水平科技自立自强,迫切需要创造文艺新气象、铸就文化新辉煌。
2022-05-25 16:06
据媒体报道,为减少对北京雨燕的干扰,北京市正阳门管理处把原定六月初开工的木结构城楼修缮工程延后一个多月,避开北京雨燕幼鸟孵化和饲养的高峰期。反过来,那许许多多轻盈洒脱、如期而至的雨燕,又为北京的古建筑注入了难得的灵动和生气,二者相伴相生、相得益彰。
2022-05-25 15:51
当前,上海全市16个区都已实现社会面清零。而今上海全市16个区都已实现社会面清零,再次表明“动态清零”符合中国实际,是维护人民生命健康安全的“法宝”。疫情防控常态化以来,坚持科学精准、动态清零,我们快速有效地处置了多起局部地区聚集性疫情。
2022-05-25 15:50
以数字技术提升基层治理智能化精细化水平,核心是要站稳数字政府建设的人民立场。 以数字技术提升基层治理智能化精细化水平,关键是要以数字化不断提升基层政府的履职尽责能力。
2022-05-25 15:49
“因此,这项研究既发现了一个新的药物靶点,又证明了颞下颌关节腔注射技术治疗由骨关节病软骨病理性钙化引发的骨关节病软骨退变的可行性。该团队目前正在开展利用自噬型钙化囊泡钙化肿瘤细胞,阻断肿瘤转移的应用基础研究。
2022-05-25 10:17
用类似于药物胶囊制剂的外壳材料将胰岛包裹起来,做成一个“胰岛胶囊”。这样一来,胶囊中的胰岛既能免受免疫系统的攻击,同时又能很好地释放胰岛素,从而调节糖尿病患者的血糖。目前,胰岛乃至其他细胞如肝细胞微囊化治疗疾病,已然成为组织器官移植再生领域研究的热点。
2022-05-25 10:16
5月19日,《柳叶刀·血液学》报告了亚洲首个肝脏靶向血友病B基因治疗的临床研究结果:10名血友病患者接受基因治疗平均58周后,他们的凝血因子水平从治疗前的2%以下提升到平均36.93%。
2022-05-25 09:45
中国科学技术大学熊宇杰教授、龙冉教授研究团队与杨金龙院士团队付岑峰副研究员、南京大学邹志刚院士团队姚颖方教授合作,创新了光催化甲烷无氧偶联的催化剂设计,实现了高选择性制备乙烷和氢气,效率达到中温热催化甲烷无氧偶联水平。
2022-05-25 09:33
”来到病人家中,肖悦宁用心电监护仪做了生命监测,结果显示各项指标都是一条毫无生命迹象的直线。”接到一单新任务后,他们又出发了……
2022-05-25 09:33
随着教育信息化建设不断推进,教育大数据作为教育战略资源的价值持续提升,保障教育数据安全成为办好人民满意的教育的必答题。
2022-05-24 09:32
社会进步和国家发展需要各种各样的人才,要得天下英才而育之,要聚天下英才而用之。
2022-05-24 09:28
洪范八政,食为政首。中央多次用“治国理政的头等大事”“四个最严”“中国人的饭碗要牢牢端在自己手中”等强调粮食安全、食品安全的重要性。
2022-05-24 09:25
研究人员表示,开发的模型可详细学习泵在各种运行模式下的运转过程,开发过程或可借此提供更高效技术解决方案,从而提高系统效率并延长装置的自主工作寿命。
2022-05-24 09:22
近日,英国、美国、葡萄牙、西班牙、意大利、瑞典、澳大利亚等多个国家报告人感染猴痘病毒的确诊或疑似病例。那么,什么是猴痘病毒?它如何传播?是否有必要担心这种传染病大范围暴发?
2022-05-24 09:17
猴痘感染对于孕妇有较大风险,因为孕妇感染可能影响胎儿发育。
2022-05-23 10:57
5月22日,中国工程院院士袁隆平逝世一周年。怀着对这位为我国和世界粮食安全作出杰出贡献的老人的深切怀念,人们自发组织起对他的多种形式的纪念活动。
2022-05-23 09:33
未来要走好基础学科人才自主培养之路,加大全球引才力度,聚天下英才而用之,持续优化基础研究和创新人才队伍。
2022-05-23 09:33
2017年,潍柴向50%热效率发起挑战,潍柴青年科技创新团队立下“军令状”,成立高热效率柴油机研发队,窦站成是团队核心成员之一。
2022-05-23 09:31
据估计,5岁以下的儿童每50例死亡患儿、6个月及以下的儿童每28例死亡患儿中就有1例死于RSV感染。
2022-05-23 09:29
记者22日从内蒙古科学技术研究院生物技术研究所获悉,神舟十三号搭载的1.2万粒作物种子顺利出舱,参与神舟十三号载人飞船搭载种质资源的科研单位陆续开始了实验试验。
2022-05-23 09:27
加载更多