logo 首頁 > 文匯報 > 港聞 > 正文

【科研海陸空太空篇】磁場有序 造星關鍵

2017-03-30
李華白和團隊的研究發現,磁場在高質量甯P的演化過程中起蚚鶬銎坁漣@用。 彭子文  攝李華白和團隊的研究發現,磁場在高質量甯P的演化過程中起蚚鶬銎坁漣@用。 彭子文 攝

中大學者觀「貓掌」揭宇宙奧秘 屢歷波折終顛覆主流理論

隕石旁的天際,是千萬顆星星的「家園」。過去天文學家成功解構甯P的「成長」和「死亡」,唯獨對其「出生」過程始終一知半解。香港中文大學物理學系助理教授李華白,前後花近10年時間,結合詳盡分析數據,成功論證「磁場」於甯P形成中的重要角色,有望顛覆原有單純以「湍流」對抗「重力」的主流理論,為科學界更深入認識「星」之誕生掀開新篇章。香港文匯報記者 柴婧

古往今來,人類通過揭示浩瀚宇宙的真相,探索萬事萬物的本質,而了解有關甯P的演化,可說是揭秘宇宙的基礎。在太空中有無數像太陽般燃燒發亮的甯P,單是我們身處的銀河系,便有2,000億顆;它們絕非從「無」而生,而是穹蒼中的星雲氣體及塵埃,在特有的物理定律下匯聚合成,並在演化過程中迸發出光芒。

李華白介紹說,自牛頓發現萬有引力 / 重力(gravity)後,科學家於隨後長達200年的時間都認為,甯P是靠宇宙中緻密星雲氣體在重力下自身塌縮(collapse)而形成。及至20世紀以來,天文學界藉先進望遠鏡,觀測到銀河中沒有甯P發光的部分亦存在十分緻密的雲氣,如果按照「甯P因塌縮而成」理論計算,整個雲氣理應於100萬年之內全部變成甯P;可事實上,有關甯P形成率只得少於理論預測的10%,意味當中有其他重要因素未被考慮。

湍流易觀測 影響成主流

天文學家及後提出,由於星雲中涉及極大量氣體,在流體力學下其聚集流動時所產生的湍流(turbulence),應為制衡重力塌縮的重大力量。而由於湍流較容易觀測,故過去20年間科學界的主流共識認定,在甯P形成時湍流是對抗重力的單一主要因素;而宇宙中另一重要但難以觀測的力量-磁場(magnetic fields),則普遍遭到忽略。

李華白表示,自己10年前已初步發現,磁場不論對星體形成、星雲碎裂都有關鍵影響;不過要衝擊主流觀點並不容易,其間他經歷幾番波折嘗試多次論證(見另稿),至近年「磁場」的角色終開始獲學界重視。而其有關天蠍座NGC 6334貓掌星雲(Cat's Paw Nebula)的研究,更成功獲得國際頂尖科學期刊《自然》刊登。

觀貓掌星雲 成功集數據

貓掌星雲的雲氣質量是太陽的20萬倍,距離地球5,500光年,為最接近的大質量甯P形成區,相對較容易觀測。在該研究中,李華白團隊建立一個創新的簡易磁量估算法,用近10年時間,從夏威夷與南極洲兩地的觀測站收集貓掌星雲的數據,審視其按磁力線排列的雲氣分佈。

他指出:「在95%以上的模型或理論,磁場是非常混亂的,是因為他們假設湍流會把磁場弄亂,認為磁場不發揮作用。」但實際觀察的結果顯示,「我們在10、0.1、0.01光年等不同大小的尺度,都看到磁力線有序的排列,意味雲氣自身的重力及湍流均未能有效改變磁場方向。相反地,塌縮的重力及湍流速度卻因強磁場而不對稱,這說明了磁場的影響。」

要證明磁場對甯P形成的重要性,磁場強度如何隨雲氣密度改變亦是一個重要指標。李華白進一步指,主流觀點假設磁力線在重力塌縮過程中不起任何作用,根據物理及數學理論,磁場強度應正比於雲氣密度的2/3次方(強度?密度 [2/3上標]),即磁場在各個維度均勻壓縮。他說:「但實際發現,磁場約與雲氣密度的0.4次方成正比,比2/3要小,即是說氣體沿蚨洃O線多壓縮了一些,那亦證明磁場在裡面發揮作用。」

李華白說,星雲中磁場的議題尚需要作深入探索,包括討論更小尺度磁場帶來的影響,為此中大物理系正在研發一個繪製磁場的儀器,他計劃說服日本的天文台把儀器置於相關望遠鏡上,希望2019年可使用帶來更細緻資訊。

讀文匯報PDF版面

新聞排行
圖集
視頻