世界首次通过大规模三维模拟观测到婴儿恒星吞噬气体成长的过程

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主译：梁晨

校对：余路汉

审核：牧夫天文校对组

美编：苏奕月

后台：李子琦

https://www.cfca.nao.ac.jp/pr/20250528

概要

由大阪大学研究生院理学研究科高棹真介助教（研究当时，现为武藏野美术大学准教授）、京都大学细川隆史准教授、东北大学富田贤吾准教授、国立天文台岩崎一成助教等人组成的研究团队，成功完成了全球首个对原恒星内部结构、周围气体盘、以及磁场影响的大规模三维模拟观测。

这一突破性研究极大增进了人类对原恒星成长机制的理解。

原恒星通过吞噬环绕在周围的原行星盘气体而成长。过程十分复杂，需要借助模拟来调查。

然而原恒星和气体盘的边界区域的气体密度和速度变化剧烈，导致模拟调查极度困难。更复杂的是原恒星所带的极强磁场也增加了模拟的难度。因此气体到达原恒星表面的最后瞬间在此之前一直是未解之谜。

研究团队综合了各种技术，构筑了类太阳的原恒星模型，实现了大规模模拟观测。研究发现了以前未知的成长过程-原恒星在向原行星盘产生螺旋状冲击波的同时吞噬周围气体。此外，原恒星在与气体盘相互作用时会被强磁场覆盖，磁场能量又引发了类似太阳耀斑的爆炸和高速气体喷射现象。发生这一剧烈现象的原恒星周围出现了圆盘物质的大规模循环，也为特殊陨石矿物的起源提供了新线索。

原恒星和气体盘的边界区域是恒星研究的前沿领域之一。这次研究有助于加深理解恒星进化和太阳系起源。

研究成果刊登在美国天文学期刊《天体物理杂志》5月14日那期。

本次研究中模拟的一部分使用了日本国立天文台的天文学专用超级计算机Atelui II。详细内容请参考大阪大学发布的新闻（2025年5月28日发布）

图1：超级计算机模拟出的原恒星从磁化的气体盘中吸收气体的样子。各个图像面板显示的是沿着气体盘旋转轴方向的三维结构剖面图。等离子体β（β值）表示气体压力相对于磁场能量密度的比例，颜色越暗的区域表示磁场的影响越强。（来源：高棹真介）

图2：通过超级计算机的模拟再现了原恒星和气体盘的气体压力剖面图。螺旋状冲击波从原始星表面延伸到气体盘内部。右图：对原恒星磁场产生螺旋状冲击波的说明（来源：高棹真介）

关于本研究使用的超级计算机

本研究团队进行的部分模拟，使用了日本国立天文台的超级计算机「アテルイⅡ（Atelui II）」。

其理论计算性能达到 3.087 PetaFLOPS（1 Peta = 10¹⁵，FLOPS 是衡量计算机每秒能执行多少次浮点运算的单位）。作为专门用于天文学模拟研究的专用机，它在日本岩手县奥州市的国立天文台水泽园区一直运行至2024年8月。该计算机以平安时代在水泽地区活跃的英雄“阿弖流为（アテルイ）”命名，寓意着“像这位勇猛果敢的英雄一样，大胆挑战宇宙的奥秘”的希望。（来源：国立天文台）

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部