中新網(wǎng)北京9月18日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)宇宙之中，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)，這是目前大質(zhì)量恒星形成研究的核心課題，備受天文學(xué)界關(guān)注。
“教科書(shū)”案例
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)的消息說(shuō)，該臺(tái)恒星形成團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜聯(lián)合中外合作者的研究團(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)，最近發(fā)現(xiàn)分子云中類(lèi)似“迷你棒旋星系”的層級(jí)氣體結(jié)構(gòu)，并成功揭示大質(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。
這一揭示大質(zhì)量恒星形成區(qū)中氣體吸積的多尺度全過(guò)程的重要研究成果論文，北京時(shí)間9月18日凌晨在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)發(fā)表。相關(guān)審稿人評(píng)價(jià)認(rèn)為，該研究是揭示大質(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。
本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)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(AI參與制作)。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 供圖研究團(tuán)隊(duì)介紹，質(zhì)量大于8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。
在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用ALMA，歷時(shí)5年時(shí)間積累了140多個(gè)大質(zhì)量恒星形成區(qū)的多尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展全面分析和深入研究工作。
系統(tǒng)性揭示
研究團(tuán)隊(duì)利用ALMA和VLA，對(duì)距離太陽(yáng)約1.25千秒差距、編號(hào)為IRAS18134-1942的大質(zhì)量恒星形成區(qū)進(jìn)行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(日地距離)覆蓋到2500天文單位，系統(tǒng)性揭示出一個(gè)“類(lèi)旋臂-棒狀-旋轉(zhuǎn)包層-吸積盤(pán)”的復(fù)合系統(tǒng)：
在約2萬(wàn)天文單位尺度上，數(shù)條清晰的氣體流將外圍物質(zhì)向核心輸運(yùn)，形成多條“旋臂”，部分氣流符合旋轉(zhuǎn)內(nèi)落的運(yùn)動(dòng)特征，顯示大尺度團(tuán)塊的整體旋轉(zhuǎn)坍縮可能在塑造氣體內(nèi)流形態(tài)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面起到關(guān)鍵作用。
這些“旋臂”狀氣體流連接至一個(gè)約7500天文單位長(zhǎng)的棒狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步將氣體引導(dǎo)至核心區(qū)域。
在約2000天文單位的核心范圍內(nèi)，氣體形成旋轉(zhuǎn)塌縮包層，并在約500天文單位范圍內(nèi)形成具有開(kāi)普勒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特征的吸積盤(pán)。
本項(xiàng)研究揭示層次化的氣體運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 供圖這是迄今為止，天文學(xué)界首次在單個(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。
吸積率調(diào)控
研究團(tuán)隊(duì)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0.0001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0.000001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)不均勻的角動(dòng)量輸入，導(dǎo)致原恒星盤(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”。
本項(xiàng)研究氣體包層和原恒星盤(pán)“傾角符號(hào)相反”示意圖。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 供圖論文第一作者兼通訊作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)麥曉楓博士表示，本項(xiàng)研究結(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)。這為大質(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)。
作為ALMA觀測(cè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，論文共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)劉鐵研究員指出，研究團(tuán)隊(duì)正利用該陣列望遠(yuǎn)鏡相關(guān)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，以及后隨觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)更多類(lèi)似系統(tǒng)開(kāi)展深入研究，并結(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。(完)