中大物理学家及统计学家联手 揭示磁场与恒星诞生率之奥妙关系

香港中文大学（中大）物理系李华白教授和统计学系樊晓丹教授携手合作，领导其博士生发现影响恒星诞生率的重要线索。研究结果已于6月19日刊登于著名学术期刊《自然天文》（ Nature Astronomy ）。  

分布于银河上的致密星云气体，是恒星诞生的「摇篮」。当星云气体达到一定密度，便会在自身重力作用下不断塌缩，将氢融合成氦，形成恒星。然而，相同大小及年龄的星云气体所产生的恒星数量可以相差甚远，这个现象一直是天文学家的未解之谜。 

究竟是甚么影响著恒星的形成率？这是发展现代恒星形成模型的关键问题。 主流理论认为湍流（turbulence）是主要因素，但恒星数量大不相同的星云，并没有出现明显不同的湍流力量。 李华白教授的研究团队颠覆传统， 尝试以 银河中无处不在的 磁 场 （ magnetic fields ） 作为研究方向 ，来破解恒星形成率之谜。中大物理系博士一年级生 顾琦烙 在研究中负责分析磁场的方向，他说：「甫进入研究院，便能参与这个创新的研究项目，我实在感到兴奋。」 

研究团队发现，星云的延伸方向主要与磁场垂直或平行；而更意外的是，他们发现 与磁场平行的星云普遍拥有更高的恒星形成率 。这一重要发现将有助天文学家了解磁场在恒星形成中的作用，进一步完善现代恒星形成模型。

精密统计分析助揭开星云之谜  

鉴于此出乎意料的发现，研究团队必须加倍谨慎地验证此结果的显著性。因此，团队加入了中大统计学系 樊 晓丹 教授 和其博士生 蒋杭进 ，作专业的统计分析。 

樊教授 回忆道：「我十分欣赏李教授在处理科学问题上严谨审慎的态度。很多人在使用统计方法前，往往都忽略了覆核相关的前设是否正确。事实上，我们在选择或设计一个统计方法前，应全面地考虑样本量、抽样设计和测量误差等因素，同时还要如实地报告推断结果的不确定性。」 

蒋杭进 在樊教授的指导下完成所有的统计分析，他说:  「能将学到的统计知识应用于如此重要的科学问题上，我感到很兴奋，也证明统计法则的应用范围十分广泛。」 

拉近学生与国际级研究的距离  

经过精密的统计分析，研究团队证实了磁场是影响恒星形成率的主要因素 。李教授尝试用显浅的方法解释为何与磁场平行的星云较易形成恒星：「我们可以把磁场想像成多束平行并拉紧的橡皮筋，愈强的磁场代表愈多的橡皮筋，橡皮筋拉紧的方向代表磁场的方向，垂直于磁场方向的运动会被其张力抵抗。我们再把星云想像成一个橡皮筋能穿越的圆柱体。假设橡皮筋的密度固定，当圆柱体和橡皮筋垂直排列时会接触到最多的橡皮筋，亦即遇到最大的张力；相反，平行于磁场的圆柱体内则有最少的橡皮筋，代表愈少的张力去反抗重力塌缩，故能形成愈多的恒星。」 

为了提高学生对研究的兴趣，李教授会把他研究中的物理难题简化成本科生也有能力拆解的功课。除了是次研究外，李教授在2015年于《自然》发表有关巨型恒星的研究之前，亦曾将当中部分的理念化为本科生的天文功课。 李教授 说：「作为一个研究型大学的老师， 我希望能将课程内容与进行中的研究连结起来，拉近学生与研究的距离，燃起他们 参与研究的兴趣 。毕竟，追求未知的热情才是研究工作的关键，若老师只提供已有标准答案的问题，未必可帮助他们判断自己是否适合从事研究。」 

新一代磁场探测仪即将登场以观测更远的星云  

研究团队会继续进行数值模拟，以进一步计算恒星形成率。此外，他们还有另一个大计──建构一个能探测星云磁场的新仪器。团队成员之一、物理系博士生 张雅芃 说：「虽然这次研究很成功，但我们只研究了距离地球仅1,000光年的星云。」张雅芃现正领导 建构新的星云磁场探测仪，预计于 2019 年装置于智利 Atacama 沙漠的日本制远红外线望远镜上 。届时，研究团队将能以更高的解像度观测更远的星云，进一步探索磁场与恒星形成的关系。