18日，記者從中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)獲悉，其主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)依托阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA），并結(jié)合甚大陣（VLA）的脈澤天體測(cè)量觀測(cè)，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(guò)程。

相關(guān)成果于北京時(shí)間今天在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表。審稿人給予該研究高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為是揭示大質(zhì)量恒星形成層級(jí)結(jié)構(gòu)及氣體吸積過(guò)程的“教科書(shū)”案例。

質(zhì)量大于八倍太陽(yáng)質(zhì)量的大質(zhì)量恒星在宇宙演化過(guò)程中具有決定性作用。它們通過(guò)強(qiáng)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(jìn)而推動(dòng)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(dòng)態(tài)的氣體環(huán)境中。研究氣體如何從大尺度逐步輸運(yùn)到小尺度并形成圍繞大質(zhì)量原恒星的吸積盤(pán)，是目前大質(zhì)量恒星形成研究的核心課題。

科研團(tuán)隊(duì)利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡（ALMA）和甚大陣（VLA）對(duì)距離太陽(yáng)約1.25千秒差距的大質(zhì)量恒星形成區(qū)IRAS 18134-1942進(jìn)行了多尺度高分辨率觀測(cè)，分辨率動(dòng)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(gè)“類(lèi)旋臂—棒狀—旋轉(zhuǎn)包層—吸積盤(pán)”的復(fù)合系統(tǒng)。

層次化的氣體運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)。左上開(kāi)始順時(shí)針從大尺度到小尺度變化。左上： “類(lèi)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(pán)

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

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

進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，“旋臂”和棒狀結(jié)構(gòu)的氣體運(yùn)輸速率保持在10-4太陽(yáng)質(zhì)量每年的水平，顯示出一種層級(jí)但連續(xù)的氣體下落模式；而在吸積盤(pán)尺度的氣體吸積率則下降到10-6太陽(yáng)質(zhì)量每年，表明旋轉(zhuǎn)塌縮包層和吸積盤(pán)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(pán)速度梯度相反，這可能是由于湍動(dòng)的氣體輸入同時(shí)帶來(lái)了不均勻的角動(dòng)量輸入，導(dǎo)致了原恒星盤(pán)的角動(dòng)量軸發(fā)生擺動(dòng)，使得原恒星盤(pán)的傾角與氣體包層的傾角“符號(hào)相反”，而并非完全的“旋轉(zhuǎn)方向相反”。

氣體包層和原恒星盤(pán)“傾角符號(hào)相反”示意圖

論文作者兼通訊作者，上海天文臺(tái)麥曉楓博士表示：“這項(xiàng)結(jié)果表明大質(zhì)量分子云團(tuán)塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非簡(jiǎn)單或無(wú)序，而是可以呈現(xiàn)出類(lèi)似棒旋星系的高度有序?qū)蛹?jí)結(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(pán)提供了關(guān)鍵觀測(cè)證據(jù)�！�

據(jù)悉，上海天文臺(tái)恒星形成團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外合作者，利用ALMA歷經(jīng)5年的時(shí)間積累了一百四十多個(gè)大質(zhì)量恒星形成區(qū)的多尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)，形成了ALMA ATOMS/QUARKS項(xiàng)目。論文共同通訊作者及ALMA ATOMS/QUARKS項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，上海天文臺(tái)劉鐵研究員表示：“我們正利用ALMA ATOMS/QUARKS項(xiàng)目數(shù)據(jù)及后隨觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)更多類(lèi)似系統(tǒng)開(kāi)展深入研究，結(jié)合課題組正在開(kāi)展的高精度數(shù)值模擬，進(jìn)一步揭示大質(zhì)量恒星形成的完整圖景。”（記者 郜陽(yáng)）