進一步認識襁褓中的球狀星團

在銀河系中藏有早期宇宙的化石。在銀暈中大約有150個球狀星團，它們差不多和宇宙本身同樣的年老。而且不僅僅是銀河系，其他大質量星系中球狀星團也是無處不在。球狀星團就有極大的質量和極高的密度，因此天文學家正致力於弄清楚它們誕生的物理條件。現在，天文觀測為球狀星團形成的早期階段研究帶來了曙光。

按照球狀星團形成的早期理論，宇宙中原初物質的坍縮形成了球狀星團。但是，哈勃空間望遠鏡的觀測顯示這一理論需要較大的修訂。星暴星系的高解析度圖像顯示其中含有大量的超級星團（見圖1）。它們可能是年輕的球狀星團嗎？從這十幾年的數據來看，回答是肯定的。

[圖片說明]：（圖1）星暴星系Henize 2-10。這張哈勃空間望遠鏡照片中的點狀源被認為是年輕的球狀星團。

從球狀星團的時標來看，超級星團是極為年輕的。但是，從恆星形成的角度來看，球狀星團脫離孕育它們的物質的那一刻才是最有趣的。為了研究星團形成的早期階段，我們必須運用星團中單個大質量恆星的有關知識。

如果球狀星團的演化和單個大質量恆星的演化是平行的話（見圖2），那麼我們預計最年輕的球狀星團應該深藏在極高密度的電離氣體中，而且這些電離氣體又被高溫塵埃繭所包圍。

[圖片說明]：（圖2）球狀星團和單個大質量恆星的平行演化模型。淺藍色框中標出的河外星系中星團的演化階段還沒有被觀測所證實。

為了研究球狀星團的誕生，我們必須使用長波探測手段，因為長波可以穿過塵埃繭。強大的射電望遠鏡，例如甚大天線陣（Very Large Array，VLA），是探測誕生中的球狀星團的理想工具。尋找這些極為年輕的星團的方法是搜尋被年輕熾熱恆星電離的高密度區域。在不同的射電波段都能探測到這些區域。

通過這種方法，在一些星系（例如，Henize 2-10（見圖3）和NGC 5253）中發現了一批球狀星團。從它們的射電光度判斷，這些星團已經具有了原球狀星團的所有特質，包括預期的質量、半徑和密度。

[圖片說明]：（圖3）年輕的星團。這張照片是由雙子星望遠鏡拍攝的中紅外Henize 2-10像和VLA的2cm射電像合成而來。在射電和中紅外波段都很明亮，但是在可見光波段不可見。其中箭頭所指的就是年輕的球狀星團。

對星團年齡的估計取決於對壓力的計算和相應的統計分析。這些方法雖然還不成熟，但是它們的結果都認為這些星團的年齡小於100萬年。

雙子星（Gemini）和凱克（Keck）望遠鏡的中紅外觀測證實了這些襁褓中的球狀星團，同時發現包圍這些星團的熱塵埃繭佔據了寄主星系的大部分紅外輻射。

這些星團有極高的恆星形成率，在恆星形成後僅僅留下極少量的氣體和塵埃。如此高的恆星形成率對於星團的生存是至關重要的。大質量恆星強大的瓦解作用會驅散星團中剩餘的物質，如果星團初始物質中大部分是氣體，那麼當物質被驅散時，星團就是開放的了。如果要成為一個球狀星團，那麼就必須要有極高的恆星形成率。

也許並不奇怪，質量最大的年輕球狀星團是最早被發現的。但是，除非對於星團的形成有質量限制，否則從單個恆星到原球狀星團的質量都應該是連續分布的。事實可能確實如此。年輕星團質量的連續分布已經開始出現，而且這些星團的最大質量可能與其寄主星系的整個恆星形成率有關。

這一關係可能是統計上的（有越多的星團形成，出現大質量星團的可能性就越高），也可能是物理上的（大質量星團形成於高壓區，而較高的壓力又能促使恆星的誕生）。理論可能更傾向於後者，大質量球狀星團的形成需要極大的壓力。

現在我們已開始知道球狀星團在什麼地方和是怎樣形成的。通過對單個恆星和大質量星團形成環境的研究，我們還會獲得進一步的認識。隨著擴展甚大天線陣（Expanded Very Large Array，EVLA）和大型毫米波天線陣（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）的投入使用，在下一個十年中我們可以更好的回答這些問題。

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