獵戶 FU 型星爆發的奧祕

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1936 年天文學家在獵戶座天區發現一顆年輕恆星的亮度數月內急劇增加百倍,最亮時達太陽百倍


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然與恆星爆炸不同,這顆恆星的亮度峰值後以緩慢速度減弱。起初,此現象認為是個別罕見案例,但後續研究顯示,這類高度不穩定的年輕恆星屬於獨特爆發性恆星族群,命名為「獵戶 FU 型星」(FU Orionis)。

為了深入理解獵戶FU型星的亮度爆發機制,天文學家用NASA哈伯望遠鏡的紫外線觀測能力,研究恆星表面與吸積盤間的交互作用,揭示令人震驚的新細節。觀測顯示,吸積盤長期向恆星輸送物質,緊貼恆星內盤部分極炙熱,紫外線亮度遠超預期,挑戰傳統理論。

根據傳統理論,新生恆星透過吸積盤及周圍星雲逐步累積物質,並由恆星磁場產生的壓力阻止吸積盤直接接觸恆星。但獵戶FU型星的吸積盤因相對中心恆星的巨大質量,容易產生不穩定性,導致吸積速率劇烈波動。當吸積速率突然增加,不穩定性會破壞恆星磁場與吸積盤內緣平衡,使吸積盤物質進一步接近甚至直接撞擊恆星表面。

劇烈的物質輸送過程,使獵戶FU型星在爆發期間的亮度遠超典型的恆星形成階段。其實吸積盤亮度此階段甚至超越恆星本身。吸積盤內物質接近恆星時的運行速度遠高於恆星自轉速度,形成高能量撞擊區,這些物質在撞擊區快速減速並劇烈升溫。

哈伯望遠鏡觀測顯示,撞擊區溫度高達16,000K,接近太陽表面溫度三倍,幾乎是傳統模型預測值兩倍。此發現促使天文學家重新思考如何修正現有理論,以解釋如此高溫度躍升。團隊提出獵戶FU型星內部結構幾何新解釋:當吸積盤物質接近恆星表面,產生高溫震波,並釋放大量紫外線輻射。

另一方面,當行星在獵戶FU型星周圍靠近恆星的區域形成,經歷數次爆發後,這些行星可能因吸積盤不穩定性而快速向內遷移,最終與恆星合併。這代表環繞此類恆星的岩石行星可能消失,徹底焚毀並化為氣體。這現象為研究獵戶FU型星的環境提供更多線索,尤其內部區域不同成分氣體的流入與流出的運動學。許多獵戶FU型星在紫外波段展現豐富光譜特徵,這正是哈伯望遠鏡紫外線觀測的優勢所在。哈伯望遠鏡深入觀測獵戶FU型星,我們得以解析這類極端恆星形成的過程,揭示年輕恆星演化的重要環節(新竹縣新豐鄉)。

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(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為獵戶FU型星爆發渲染圖,來源:NASA-JPL, Caltech)