18日，記者從中國科學(xué)院上海天文臺獲悉，其主導(dǎo)的研究團隊依托阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA），并結(jié)合甚大陣（VLA）的脈澤天體測量觀測，成功揭示了大質(zhì)量恒星形成區(qū)中氣體從大尺度流向小尺度的完整過程。

相關(guān)成果于北京時間今天在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》（Science Advances）上發(fā)表。審稿人給予該研究高度評價，認(rèn)為是揭示大質(zhì)量恒星形成層級結(jié)構(gòu)及氣體吸積過程的“教科書”案例。

質(zhì)量大于八倍太陽質(zhì)量的大質(zhì)量恒星在宇宙演化過程中具有決定性作用。它們通過強烈的輻射、星風(fēng)以及最終的超新星爆炸，深刻改變著星際介質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，進而推動星系結(jié)構(gòu)形成及演化。然而，與小質(zhì)量恒星“單體塌縮”的形成路徑不同，大質(zhì)量恒星往往形成于大尺度、復(fù)雜且高度動態(tài)的氣體環(huán)境中。研究氣體如何從大尺度逐步輸運到小尺度并形成圍繞大質(zhì)量原恒星的吸積盤，是目前大質(zhì)量恒星形成研究的核心課題。

科研團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）和甚大陣（VLA）對距離太陽約1.25千秒差距的大質(zhì)量恒星形成區(qū)IRAS 18134-1942進行了多尺度高分辨率觀測，分辨率動態(tài)范圍從40天文單位覆蓋的2500天文單位，系統(tǒng)性地揭示出一個“類旋臂—棒狀—旋轉(zhuǎn)包層—吸積盤”的復(fù)合系統(tǒng)。

層次化的氣體運動學(xué)結(jié)構(gòu)。左上開始順時針從大尺度到小尺度變化。左上： “類旋臂”系統(tǒng)；右上：“棒狀”結(jié)構(gòu)；右下：旋轉(zhuǎn)下落的氣體包層；左下：吸積盤

記者了解到，這是迄今為止首次在單個大質(zhì)量氣體團塊中同時揭示多個環(huán)節(jié)相互連接的完整層級氣體系統(tǒng)，與棒旋星系具有驚人的相似性。

分子云中類迷你“棒旋星系”層級氣體結(jié)構(gòu)的藝術(shù)圖（上海天文臺供圖，由百度AI平臺制作）

進一步計算發(fā)現(xiàn)，“旋臂”和棒狀結(jié)構(gòu)的氣體運輸速率保持在10-4太陽質(zhì)量每年的水平，顯示出一種層級但連續(xù)的氣體下落模式；而在吸積盤尺度的氣體吸積率則下降到10-6太陽質(zhì)量每年，表明旋轉(zhuǎn)塌縮包層和吸積盤共同調(diào)控了原恒星的吸積率。值得注意的是，旋轉(zhuǎn)包層與由甲醇脈澤示蹤的原恒星盤速度梯度相反，這可能是由于湍動的氣體輸入同時帶來了不均勻的角動量輸入，導(dǎo)致了原恒星盤的角動量軸發(fā)生擺動，使得原恒星盤的傾角與氣體包層的傾角“符號相反”，而并非完全的“旋轉(zhuǎn)方向相反”。

氣體包層和原恒星盤“傾角符號相反”示意圖

論文作者兼通訊作者，上海天文臺麥曉楓博士表示：“這項結(jié)果表明大質(zhì)量分子云團塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非簡單或無序，而是可以呈現(xiàn)出類似棒旋星系的高度有序?qū)蛹壗Y(jié)構(gòu)。它為大質(zhì)量恒星如何在復(fù)雜環(huán)境中積聚質(zhì)量、形成吸積盤提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)。”

據(jù)悉，上海天文臺恒星形成團隊聯(lián)合國內(nèi)外合作者，利用ALMA歷經(jīng)5年的時間積累了一百四十多個大質(zhì)量恒星形成區(qū)的多尺度觀測數(shù)據(jù)，形成了ALMA ATOMS/QUARKS項目。論文共同通訊作者及ALMA ATOMS/QUARKS項目負(fù)責(zé)人，上海天文臺劉鐵研究員表示：“我們正利用ALMA ATOMS/QUARKS項目數(shù)據(jù)及后隨觀測數(shù)據(jù)對更多類似系統(tǒng)開展深入研究，結(jié)合課題組正在開展的高精度數(shù)值模擬，進一步揭示大質(zhì)量恒星形成的完整圖景。”（記者 郜陽）