直接证据表明磁流体力学盘风驱动原恒星 HOPS 358 中的旋转外流

新生恒星如何释放自转角动量

恒星诞生时，形成于一个旋转着的气体与尘埃云中。物质在向内塌缩时带有自转，如果这些角动量完全保留，生长中的恒星及其周围的盘将旋转得极快，行星将难以形成。天文学家长期怀疑由磁场引导的看不见的风有助于携带走多余的自转角动量。这项研究利用对一颗极年幼恒星 HOPS 358 的清晰射电影像，详尽地表明这种盘风确实在未来行星形成区起作用。

侧面观测到的一颗幼年恒星

HOPS 358 位于猎户座 B 云，约 400 光年之外，处于恒星诞生的最早阶段之一，称为 Class 0。它被厚厚的气体和尘埃包裹，但其盘几乎以边缘朝向我们观察，就像从侧面看一枚硬币。这样的几何视角很幸运：它让天文学家能够区分沿盘面和平面方向的运动。研究小组使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）绘制了来自多种分子的微弱射电辐射，这些分子既追踪致密的盘，也追踪被从盘中推出的气体。这些数据不仅揭示了物质的速度，还显示了它们的旋转方向。

保持旋转的分层盘风

ALMA 的图显示，从 HOPS 358 溢出的气体并非沿直线以简单喷流形式流出。相反，它形成了一组同心、壳状的外流层，这些层的旋转方向与盘本身一致。三种分子——甲醛（H2CO）、甲醇（CH3OH）和一氧化硫（SO）——在该结构的不同部分发光。SO 紧贴中心轴，CH3OH 位于中等距离，而 H2CO 延伸得更远，共同勾勒出从盘上不同半径升起的分层风。由于外流保留了盘的旋转方向并与盘轴紧密对齐，这符合直接从盘上发射的风的预期，而不是被狭窄中心喷流简单拨开的气体。

解读风中隐藏的力学

为了将这些影像转化为物理见解，研究者剖析了风中速度与位置如何变化。通过用简单几何模型拟合数据，他们测量了不同高度上外流的旋转速度、向外膨胀速度和沿轴向的运动。从这些数值得到风的比角动量——每团气体携带的旋转量——并将其与磁驱动盘风的数值模型预测进行比较。一个关键量“磁力臂”表征风提取角动量的效率。在 HOPS 358 中，这一力臂约为 2.3，明显高于磁力驱动风所需的阈值，也高于主要由恒星光加热驱动的风的典型数值。

风的起点与它带走的物质

同样的分析还揭示了不同风层在盘上的起始位置。对于所研究的分子，发射起点位于距恒星大约 10 到 18 个天文单位之间——正好处于巨行星和许多较小天体预期形成的区域。三种示踪分子占据不同的发射半径和高度，证实了真正的分层风结构。化学行为帮助解释了这一格局：一些分子更容易在远离恒星的温和冲击中从冰覆尘埃上被抬起，而另一些分子则偏好靠近恒星的更强冲击和紫外照射。研究组还估算了风带走的质量与恒星当前吸积速率的比较。外流以比恒星当前吸积率高几倍的速率移除物质，足以调节恒星的增长速度以及盘的演化。

这对构建行星系统意味着什么

这项工作提供了直接且定量的证据，表明由磁场引导的盘风在已知最年轻的原恒星之一中已经开始发挥作用，并且它们起源于行星形成区之内。通过在盘的广泛区域剥离角动量，这些风使气体能够螺旋向内，同时保持盘中面相对平稳——这有利于尘粒粘结并最终形成行星。它们也可能把固体颗粒（例如在靠近内区高温形成的晶质颗粒）运送到更冷的彗星形成区。总之，该研究表明磁性盘风并非晚期的清理行为，而是从一开始就作为核心参与者，影响恒星的生长和行星系统构成物的分布。

引用: Kim, CH., Lee, JE., Johnstone, D. et al. Direct evidence for magnetohydrodynamic disk winds driving rotating outflows in protostar HOPS 358. Nat Commun 17, 2957 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71142-3

关键词: 原恒星 盘风, 恒星与行星形成, 太空中的磁场, ALMA 观测, 旋转外流