在昨天刚出的《自然》杂志上，刊登了一篇重大天文学发现成果的重要论文，题为：“长蛇座TW中磁层吸积区大小的量度”。
为什么这篇论文很重要而登上《自然》杂志？得先从论文标题与作者简单说起。该研究论文由一个称为引力协作组织的研究团队完成的。引力协作组织，英文：GRAVITYCollaboration，由马克斯·普朗克天文学研究所（MPIA）所领导与参与投资的一个天文学家研究团体。
在马克斯·普朗克天文学研究所的网站上介绍这篇论文成果所用的标题是：“如何喂养一颗小星星：气体沿着磁场线到达年轻恒星”（Howtofeedababystar：Gasreachesyoungstarsalongmagneticfieldlines）。
这项新研究利用了称为GRAVITY的仪器的超高分辨能力。该仪器在智利的帕拉纳尔天文台将欧洲南部天文台（ESO）的四台8米超大型望远镜（VLT）组合成一个虚拟望远镜，从而可以分辨微小的细节，犹如是一座米的虚拟镜面望远镜。
研究论文标题中所提到的长蛇座TW，英语：TWHydrae，是一颗位于长蛇座内、距离地球约光年的橙色矮星。这颗恒星是最靠近太阳系的金牛T星，它的质量与太阳相近，但年龄只有5百万至1千万年。这颗恒星看似有着正面朝向我们的尘埃和气体吸积的原行星盘。
天文学家使用GRAVITY仪器比以往任何时候都更详细地研究了这颗年轻恒星的近邻。他们的观察结果证实了有关年轻恒星生长的30年理论：恒星自身产生的磁场将物质从周围的气体和尘埃吸积盘引导到其表面。这一研究结果帮助天文学家更好地了解像太阳这样的恒星是如何形成的，以及如何通过围绕这些婴儿恒星的盘产生类似地球的行星。
当恒星形成时，它们开始时相对较小，并位于气体云的深处。在接下来的数十万年的过程中，它们将越来越多的周围气体吸引到自身上，从而增加了其质量。借助引力仪器，研究人员现已找到了迄今为止最直接的证据，证明气体是如何漏入年轻恒星的：它是通过由恒星的磁场引导的场的狭窄的圆柱表面上。
相关的长度是如此之小，以至于即使使用目前最好的望远镜，也无法获得详细的过程图像。尽管如此，使用最新的观测技术，天文学家至少可以收集一些信息。
研究人员能够观察到长蛇座TW恒星周围气盘的内部。该研究主要作者和首席科学家、马克斯·普朗克天文研究所和都柏林大学学院天文学与天文物理教授、丽贝卡·加西亚·洛佩兹（RebecaGarcíaLópez）说，“这使它成为探测行星形成盘中物质如何被引导到恒星表面的理想选择。”
观察结果使天文学家得以证明，整个系统发出的近红外辐射确实起源于最里面的区域，那里的氢气正滴落到恒星的表面。结果清楚地表明了一种称为磁层增生的过程，即由恒星磁场引导的降落物质。
恒星诞生和恒星生长
当分子气体云中的稠密区域在其自身引力作用下坍塌变得更稠密，在此过程中发热时恒星诞生，直到最终的原恒星的密度和温度如此之高，以至于氢与氦的核聚变开始。对于质量约为太阳质量两倍的原恒星，质子-质子核聚变点火之前的十亿年前构成了所谓的金牛座T相（以第一颗这类观测到的恒星金牛座命名）。
在其发展阶段看到的恒星，即金牛座T恒星，非常明亮地发光，特别是在红外光下。这些所谓的“年轻恒星天体”（YSOs）尚未达到它们的最终质量：它们被其所诞生的云的残余物所包围，特别是被压缩成围绕恒星的绕恒星盘的气体所包围。在该盘的外部区域，灰尘和气体凝结在一起，形成了越来越大的物体，最终将成为行星。另一方面，来自内部圆盘区域的大量气体和尘埃被吸入恒星，从而增加了恒星的质量。最后但最重要的一点是，恒星的强烈辐射驱散了很大一部分气体，成为恒星风。
表面准则：星体的磁场
人们通常认为将气体或灰尘运送到巨大的、引人入胜的物体上很容易。相反，事实并非如此简单。由于物理学家的角动量守恒，使任何物体（无论是行星还是气体云）绕质量轨道运动，而不是直接落在其表面上，都自然得多。尽管如此，某些物质仍设法到达地面的一个原因是所谓的吸积盘，其中气体绕着中心质量运行。内部存在大量内部摩擦，这些摩擦不断使某些气体将其角动量传递给其他部分气体，并进一步向内移动。但是，距恒星的距离小于恒星半径的10倍时，吸积过程变得更加复杂，穿越最后的距离很棘手。
30年前，研究人员曾提出了解决此问题的方案。恒星通常具有磁场，例如我们太阳的恒星会定期向我们的方向加速带电粒子，从而导致北极或南方光的现象。在所谓的磁层增生过程中，年轻的恒星物体的磁场以独特的柱状流形式将气体从星际盘的内边缘引导到表面，从而帮助它们释放出角动量，从而使气体流到星体上。
在最简单的情况下，磁场看起来类似于地球的磁场。来自圆盘内缘的气体会漏向恒星的磁北极和磁南极。
检查磁层积聚
建立一个解释某些物理过程的模型是一回事。但是，重要的是能够使用观察来测试该模型。但是，所讨论的长度尺度大约是恒星半径，在天文尺度上很小。直到最近，这样的长度尺度还是太小了，即使在最近的年轻恒星周围也是如此，以至于天文学家无法拍摄出一张显示所有相关细节的照片。
如图所示物质磁层吸收到年轻恒星上的过程模型。由年轻恒星产生的磁场将气体通过流道从磁盘转移到恒星的极区。电离的氢气会发出强烈的红外辐射。当气体撞击恒星表面时，会发生震动，从而增加恒星的高亮度。
确实存在磁层增生的第一个迹象来自检查某些金牛座星的光谱。气体云的光谱包含有关气体运动的信息。对于某些金牛座恒星，光谱显示出磁盘材料以每秒高达几百公里的速度掉落到恒星表面上，这间接证明了沿磁力线存在增生流。在少数情况下，可以通过结合高分辨率光谱和极化技术直接测量接近金牛座星的磁场强度，该技术记录了从物体接收到的电磁波的方向。
最近，研究仪器变得足够先进，更具体地说：已经达到足够高的分辨率、足够好的分辨小细节的能力，从而可以进行直接观测洞悉磁层积聚。
在行动中捕获磁漏
在年夏季，天文学家利用GRAVITY探测了金牛座恒星的内部区域，命名为DoAr44。它以高激发氢的特征波长发射相当多的光。来自恒星的高能紫外线辐射使环绕恒星的吸积盘中的单个氢原子电离。
然后，磁场会影响带电的氢核。当氢气沿着吸积电流流向恒星时，加热氢气的物理过程的细节尚不清楚。观察到的大大加宽的光谱线表明发生了加热。
GRAVITY观测的角分辨率足够高，以表明光不是在星际盘中产生的，而是更靠近恒星的表面。而且，特定光线的来源相对于恒星本身的中心略有偏移。两种性质都与在磁漏斗一端附近发射的光一致，在那里入射的氢气与恒星表面碰撞。
该论文的新结果又向前迈进了一步。引力观测的目标是金牛座长蛇座TW，这是蛇座中的年轻恒星，它可能是同类中予以了最好研究的系统。
太小，无法容纳磁盘
有了这些观察，研究团队将界限进一步推向了内部。引力可以看到与高激发氢相关的辐射线（Brackett-γ，Brγ），并证明它们源自不超过恒星半径3.5倍的区域，大约3百万公里，即约地球与月球之间距离的8倍。
这是一个很大的差异。根据所有物理学模型，星际盘的内边缘不可能太靠近恒星。如果光线来自该区域，则无法从磁盘的任何部分发出光线。在该距离处，光线也不可能是由年轻的恒星物体吹走的恒星风引起的，这是唯一的现实可能性。两者合计，剩下的可能的解释是磁层吸积模型。
下一步是什么？
在未来的观测中，研究人员将再次使用GRAVITY尝试获取数据，以便能够更详细地重建靠近恒星的物理过程。普朗克天文研究所天文学家、沃尔夫冈·布兰德纳（WolfgangBrandner）解释说：“通过随着时间的推移观察漏斗的较低端点的位置，我们希望获得有关北极和南极磁极与恒星自转轴相距多远的线索。”如果北极和南极直接与旋转轴对齐，则它们随时间的位置根本不会改变。
研究人员还希望了解有关恒星磁场是否真的像北极-南极配置那样简单的线索。普朗克天文研究所主管ThomasHenning解释说：“这样的磁场可能要复杂得多，并且具有更多的磁极。”“磁场也可能随时间变化，这是对金牛座星的亮度变化的假定解释的一部分。”
该观测技术推动了天文学的进步，GRAVITY中体现的新观测技术得以确认早在30年前就提出的有关年轻恒星物体生长的想法，未来的观察结果将进一步帮助我们更好地认知婴儿恒星是如何“喂养”成长的。
参考：AmeasureofthesizeofthemagnetosphericaccretionregioninTWHydrae,Nature.DOI:10./s---1