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哈勃视频以空前精度揭示新生恒星的超音速喷流 历时14年的观测积累，一个科学家团队终于收集了足够的高分辨率哈勃太空望远镜图像，由此制作成延时视频，展示了三颗年轻恒星的强大喷流。哈勃WFPC2拍摄的三个HH天体，大图下载，版权：NASA，ESA，P. Haritgan，下同。恒星羞于公开它们的诞生秘密：它们朝相反的两个方向喷射发光气体流，以超音速穿过太空（译者注：恒星际空间中的音速，相当于其中氢原子或质子的自由运动速率）。虽然天文学家数十年来都在看恒星喷流的静止图像，但现在，感谢哈勃太空望远镜，我们能看到它们的延时视频了。带解说的完整视频下载：177MB。由德克萨斯州休斯顿市莱斯（Rice）大学Patrick Hartigan领衔，多位科学家组成的团队，历经14年收集了足够的哈勃高分辨率图像，制作了三颗恒星的年轻喷流的延时视频。动画提供了喷流这一独特恒星现象在仅仅数年间的移动和变化。要知道绝大部分的天文事件的时标，远远超出了人的生命。视频展示了这些喷流快速穿过星际环境的运动状态。前所未见的喷流结构细节包括明亮、暗淡的气体节，快、慢运动物质相互间的碰撞，以及由此产生的箭头状特征（冲击波）。这些现象表征着恒星诞生的最后阶段，让我们一瞥45亿年前太阳诞生的情形。哈勃拍摄的HH47，左下角是源恒星所在。HH46、47在南天的船帆座，离我们约1470光年。Hartigan 解释说：“我们首次通过延时视频实际观测到喷流是如何与周围环境相互作用的。这些相互作用告诉我们年轻恒星是如何影响其诞生的环境的。 就像这些视频展示的，我们现在能够把喷流的实际观测结果与计算机模型以及实验室试验相比较，由此了解什么是我们已知的，什么是未知的。”Hartigan团队的研究报告已经刊登在2011.7.20出版的天体物理学期刊上。活跃的喷流在恒星诞生阶段持续的时间很短，仅约1万年。它们称为赫比格-哈罗天体（HH），名称来自20世纪50年代就研究它们的George Herbig 、Guillermo Haro。当时，天文学家并不知道喷流在恒星诞生过程中扮演了什么角色，也许恒星恰好喷出了这些气体。恒星诞生于收缩的冷氢云中。随着恒星成长，它的重力吸引了越来越多的物质，并形成一个围绕恒星的、有其他尘埃组成的巨大旋转盘。最终，随着尘埃团块的聚集，可能会出现行星。WFPC2于1995年拍摄的HH34全貌。盘中物质逐渐向恒星盘旋落下，同时部分物质沿着恒星自转轴以高速喷流逃逸。由于恒星强大磁场的约束，最初的高速喷流以窄束形式存在。通常在恒星诞生后百万年间，随着盘中物质耗尽，喷流也停止了。Hartigan和他的同事使用哈勃的第二代广域行星相机（WFPC2，已退役）系统研究了HH1、HH2、HH34、HH46和HH47等天体。其中，HH1、2，HH46、47分别是单颗恒星喷出的相反方向的一对喷流。哈勃分别在三个时段拍摄了这些喷流：HH1、2在1994、1997、2007年；HH34在1994、1998、2007年；HH46、47在1994、1999、2008年。喷流的宽度约为太阳系的10倍，并以约200km/s的速率前进（与太阳风速率相当）。HH1、2和HH34都位于猎户座大星云（M 42）附近，离地球约1350光年。图示HH34等所在的猎户座分子云复合体的一部分，有大量的HH天体。大图下载。计算机软件把多年观测图像组织在一起，产生连续动画。动画支持先前的发现：两极喷流并不是像浇水管中喷出的稳恒流，而是偶发的团块气流。喷流的珠链状结构就像一张“记录纸带”，记录着物质短暂落入恒星的时段。哈勃拍摄的HH2顶部，本图为专业PDF中配图，更清晰指出了其中的气团位置。视频还显示，喷流中的气团运动速度不一，就像高速公路中车辆快慢不同一般。当快递运动的团块“追尾”慢气团时，就会产生弓形激波，并加热其中物质。弓形激波是炽热物质冲击波，就像船头犁开水面形成的波一样。例如，在HH2中就能看到多个冲击波，它们是快速运动的团块撞在一起形成的，就像高速公路上的塞车。在另一个喷流HH34中，一组合并的弓形激波展示了该区域在冲击波交叉而过时，物质先加热后逐渐变冷的过程。HH34喷流顶部的冲击波叠加情况。在其他区域，当喷流遭遇周围环境中的稠密气体云时，就会产生激波。例如HH1的顶部有一个弓形激波，那是喷流冲击稠密气体云的边缘产生的，我们能观测到新的发光物质团。这些团块可能说明喷流已经在扫除云中的气体，就像快速流动的河流冲刷海岸线上的泥土一样（轻的冲入大海，重的留下）。视频还展示了靠近新生恒星区域喷流的那些内部气体团的特性。在HH34中，Hartigan追踪了离恒星约150亿千米的一个发光气团。HH34中的“珠链”多年运动对比（PDF插图），哈勃的精度可见一斑。大图下载。Hartigan解释说：“我们的研究综合了喷流物质的两种相互作用情况：喷流内的，以及喷流与周围气体的；结果是有明显区别的。研究结果与当前大部分的模拟不同，后者假设喷流是光滑的系统。”由于哈勃图像展示的细节极为复杂，Hartigan为此请教了流体力学专家，这些专家分别来自新墨西哥洛斯阿拉莫斯国家实验室、加州圣迭哥的通用原子能公司、英国核武器研究中心等；还请教了纽约罗彻斯特大学的计算机专家。根据哈勃研究结果，Hartigan 现正指导纽约的欧米茄激光实验室进行室内实验，以更好地理解超音速喷流与周围环境的相互作用。Hartigan继续解说：“流体力学专家立刻注意到一项天文学家忽略的物理现象，并将对我们以前知道的特征给出新的解释。项目中来自不同学科的科学家带来他们独有的专业知识，这对我们了解恒星演化中的临界阶段具有宝贵的价值。”Hartigan团队成员除天文学家外，还包括：纽约罗彻斯特大学的Adam Frank，位于Aldermaston村的英国核