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Take Home Message
• 恆星在分子雲的緻密區域形成，然而因形成的過程複雜，難以測量的磁場訊號在建立恆星形成模型時是一大挑戰。
• 宇宙塵埃的偏振現象可以解決此難題，在提高了望遠鏡的觀測能力後，科學家已能透過塵埃的連續光譜推算磁場方向與結構。
• 磁場資料顯示了恆星形成時物質向中心吸積的步驟，也證實吸積塵埃帶受到磁力的支撐，可能是形成恆星的基本要素。

在浩瀚無垠的宇宙中，除了肉眼可見的恆星之外，還存在著組成星星最原始的材料：星際間介質（interstellar medium）。星際間介質的主要成分是氫原子氣體，加上占約所有星際間介質質量百分之一的塵埃。由於宇宙射線無法穿透此介質中密度較高的區域，導致高密度區域的溫度會比較低，大約為絕對溫度10 K。原子在這樣的環境下會兩兩結合形成分子雲，而在分子雲較緻密的區域中，當氣體聚集到自身重力足以抵抗氣體的熱壓力時，氣體就會塌縮進而生成恆星。

探索分子雲中的真實面貌

然而，分子雲的形成和演化受到重力、擾流和磁場之間複雜的相互作用，涵蓋的物理長度和密度橫跨多個數量級。此外，各種反饋機制也增加了分子雲形成過程中的複雜性。在所有作用中，因為分子雲中的磁場訊號與非磁性訊號比較之下相對稀少，通常僅占幾個百分比，所以在建立跨越時間和尺度的恆星形成模型時，我們對磁場的了解仍是其中最大的挑戰。此外，測量磁場強度、衡量相對磁場的其他物理作用重要性的方法也相當有限。塞曼效應（Zeeman effect）是目前測量磁場強度的唯一方式，可透過原子或分子光譜因受到磁力作用而有分裂的現象測量磁場強度，不過只有少數分子雲中的局部或小區域原子光譜可以被測量，因此天文上的賽曼觀測仍然極具有挑戰性。

分子雲還有另一個肉眼無法觀測到的特殊面貌，需要利用紅外線或電波波段才能捕捉。例如在詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb space telescope,JWST，簡稱韋伯太空望遠鏡）拍攝到最新的鷹狀星雲（Eagle Nebula）影像中，就可以藉由它的紅外線感測能力，清楚地捕捉到鷹狀星雲裡的「創世之柱」（Pillars of Creation，圖一）。

圖一
鷹狀星雲裡的「創世之柱」。橘黃色區塊呈現的是韋伯太空望遠鏡捕捉到的紅外線影像，是太空中常見的一種分子雲的樣貌。柱中夾雜著新生成的恆星（紅色亮點）。

如何利用塵埃來測量分子雲中的磁場？

觀測塵埃的「偏極化光」是另一個可以測量磁場的方式。太空中的塵埃有各種形狀，只要這些塵埃的長短軸有所差異，再加上受到所在位置的磁場影響，將會呈現出短軸平行於磁場的有序排列。此時，塵埃因為本身的溫度而發出的黑體輻射光（連續譜）就會發生偏振現象（polarization，也稱為偏極化）。因此若能觀測塵埃連續光譜中的偏振方向，就可以用來推得磁場的方向。此外，塵埃的連續光譜也能夠提供我們太空中分子雲的密度分布和形態……【更多內容請閱讀科學月刊第643期】