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到小尺度并形成圍繞大質量原恒星的吸積盤，這是目前大質量恒星形成研究的核心課題，備受天文學界關注。
“教科書”案例
來自中國科學院上海天文臺的消息說，該臺恒星形成團隊領銜聯(lián)合中外合作者的研究團隊，依托阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)，并結合甚大陣(VLA)的脈澤天體測量觀測，最近發(fā)現(xiàn)分子云中類似“迷你棒旋星系”的層級氣體結構，并成功揭示大質量恒星形成區(qū)中氣體從大尺度流向小尺度的完整過程。
這一揭示大質量恒星形成區(qū)中氣體吸積的多尺度全過程的重要研究成果論文，北京時間9月18日凌晨在國際知名學術期刊《科學進展》(Science Advances)發(fā)表。相關審稿人評價認為，該研究是揭示大質量恒星形成層級結構及氣體吸積過程的“教科書”案例。
本項研究發(fā)現(xiàn)分子云中類“迷你棒旋星系”層級氣體結構的藝術圖(AI參與制作)。中國科學院上海天文臺 供圖研究團隊介紹，質量大于8倍太陽質量的大質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、星風以及最終的超新星爆炸，深刻改變著星際介質的物理和化學性質，進而推動星系結構形成及演化。然而，與小質量恒星“單體塌縮”的形成路徑不同，大質量恒星往往形成于大尺度、復雜且高度動態(tài)的氣體環(huán)境中。
在本項研究中，研究團隊利用ALMA，歷時5年時間積累了140多個大質量恒星形成區(qū)的多尺度觀測數(shù)據(jù)，開展全面分析和深入研究工作。
系統(tǒng)性揭示
研究團隊利用ALMA和VLA，對距離太陽約1.25千秒差距、編號為IRAS18134-1942的大質量恒星形成區(qū)進行多尺度高分辨率觀測，分辨率動態(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“類旋臂-棒狀-旋轉包層-吸積盤”的復合系統(tǒng)：
在約2萬天文單位尺度上，數(shù)條清晰的氣體流將外圍物質向核心輸運，形成多條“旋臂”，部分氣流符合旋轉內落的運動特征，顯示大尺度團塊的整體旋轉坍縮可能在塑造氣體內流形態(tài)和運動學方面起到關鍵作用。
這些“旋臂”狀氣體流連接至一個約7500天文單位長的棒狀結構，進一步將氣體引導至核心區(qū)域。
在約2000天文單位的核心范圍內，氣體形成旋轉塌縮包層，并在約500天文單位范圍內形成具有開普勒旋轉運動特征的吸積盤。
本項研究揭示層次化的氣體運動學結構。中國科學院上海天文臺 供圖這是迄今為止，天文學界首次在單個大質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。
吸積率調控
研究團隊進一步計算發(fā)現(xiàn)，“旋臂”和棒狀結構的氣體運輸速率保持在0.0001太陽質量每年的水平，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0.000001太陽質量每年，表明旋轉塌縮包層和吸積盤共同調控了原恒星的吸積率。
值得注意的是，旋轉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不均勻的角動量輸入，導致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“旋轉方向相反”。
本項研究氣體包層和原恒星盤“傾角符號相反”示意圖。中國科學院上海天文臺 供圖論文第一作者兼通訊作者、中國科學院上海天文臺麥曉楓博士表示，本項研究結果表明，大質量分子云團塊的內部結構并非簡單或無序，而是可以呈現(xiàn)出類似棒旋星系的高度有序層級結構。這為大質量恒星如何在復雜環(huán)境中積聚質量、形成吸積盤提供了關鍵觀測證據(jù)。
作為ALMA觀測項目負責人，論文共同通訊作者、中國科學院上海天文臺劉鐵研究員指出，研究團隊正利用該陣列望遠鏡相關項目數(shù)據(jù)，以及后隨觀測數(shù)據(jù)對更多類似系統(tǒng)開展深入研究，并結合課題組正在開展的高精度數(shù)值模擬，進一步揭示大質量恒星形成的完整圖景。(完)