神秘細(xì)絲遍布銀心？恒星死亡掀起的宇宙龍卷風(fēng)。

宇宙龍卷風(fēng)正在銀河系中心及其超大質(zhì)量黑洞周圍肆虐

這些纖維狀結(jié)構(gòu)前所未見，令人震驚。從發(fā)現(xiàn)他們之后，我們就在不斷思索它的本質(zhì)。

圖一：“宇宙龍卷風(fēng)”圍繞著人馬座A*（銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞）流動(dòng)的想象圖。（圖片來源：Robert Lea（使用 Canva 創(chuàng)建））

天文學(xué)家在銀河系的中心區(qū)域，靠近超大質(zhì)量黑洞（人馬座A*）的附近，發(fā)現(xiàn)了正在劇烈活動(dòng)的“太空龍卷風(fēng)”。這一重大發(fā)現(xiàn)另該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步揭示了銀河系中心物質(zhì)循環(huán)的完整圖景。這一發(fā)現(xiàn)來自于研究團(tuán)組使用的智利的射電干涉陣列-阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）。通過該設(shè)備，可以將銀河系中心一個(gè)被稱為“中央分子區(qū)（CMZ）”的區(qū)域內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的觀測分辨率提高100倍。上海天文臺(tái)的觀測天文學(xué)家，同時(shí)也是研究團(tuán)隊(duì)的一員陸行在報(bào)告中說：“我們的研究結(jié)果揭示了這些細(xì)的纖維狀結(jié)構(gòu)是物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，這一研究補(bǔ)充了我們對(duì)銀河系中心活動(dòng)的認(rèn)識(shí)。

我們可以將這種結(jié)構(gòu)想象成太空龍卷風(fēng)，它們是猛烈的氣流并且耗散的很快，能夠?qū)⑽镔|(zhì)高效的分配到周圍的環(huán)境中?！?/p>

長期以來，天文學(xué)家們一致認(rèn)為CMZ 中充滿了翻騰的塵埃和分子氣體云，它們不斷經(jīng)歷著形成和解離的循環(huán)。然而，這一循環(huán)過程的物理起源卻一直籠罩在神秘之中?！爱?dāng)我們檢查 ALMA 觀測的外流圖像時(shí)，我們注意到這些細(xì)長的氣體纖維在空間上與所有恒星形成區(qū)域都存在位置偏離。它們與我們已知的任何天體都不同，這些細(xì)絲讓我們感到驚訝。從那時(shí)起，我們就一直在思考它們到底是什么”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、上海交通大學(xué)的楊凱在同一報(bào)告中說道。

神秘的細(xì)絲纏繞著銀河系的中心

研究團(tuán)組使用ALMA望遠(yuǎn)鏡觀測分子發(fā)射線，用它們示蹤C(jī)MZ分子云中發(fā)生的各種物理過程。其中，一氧化硅能高效的示蹤漣漪狀高能激波。在極高的空間分辨率（約0.033光年，0.01秒差距）下，這些觀測結(jié)果揭露了由一氧化硅和其他八種分子的譜線示蹤的CMZ中新型細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)?？紤]到地球到CMZ的距離約為27,800光年，這種高解析能力令人震撼。

這些精細(xì)結(jié)構(gòu)與CMZ中其他的高密度氣體纖維結(jié)構(gòu)相比尤為特殊，因?yàn)樗鼈兊乃俣人坪跖c物質(zhì)外流速度不一致，而且與CMZ中的塵埃輻射區(qū)域不重合。此外，新發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)似乎并未處于流體靜力平衡狀態(tài)，這意味著這類絲狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的引力無法與外部的氣體或塵埃的壓強(qiáng)相平衡。

ALMA望遠(yuǎn)鏡在銀河系CMZ中觀測到的超大質(zhì)量黑洞Sgr A*周圍的細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)。（圖片來源：Yang et al.）

天文學(xué)家目前尚不清楚這些由塵埃和氣體組成的細(xì)絲是如何產(chǎn)生的，但根據(jù)ALMA的觀測結(jié)果提供的線索，該研究團(tuán)組強(qiáng)烈懷疑這一過程受到了激波的影響——即CMZ內(nèi)的物質(zhì)受到“沖擊”。其中一個(gè)線索是由于旋轉(zhuǎn)引起的一氧化硅分子能級(jí)變化，即“旋轉(zhuǎn)躍遷”導(dǎo)致的SiO 5-4的發(fā)射。另一個(gè)線索則是ALMA觀測到的該區(qū)域內(nèi)有機(jī)分子的豐度。

研究小組推測，激波在最初形成過程中產(chǎn)生了這些細(xì)長的纖維結(jié)構(gòu)，將一氧化硅和有機(jī)分子（例如甲醇、甲基氰和氰乙炔）釋放到星際介質(zhì)中。隨后，這些細(xì)絲消散，從而增豐了CMZ中的有機(jī)分子。最后，這些分子被冷卻，形成塵埃顆粒，從而在損耗和補(bǔ)充之間建立平衡。

阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）的天線在南方的天空下閃耀。（圖片來源：ESO/B. Tafreshi (twanight.org)）

“ALMA的高角分辨率和高靈敏度能夠高效的探測這些與細(xì)長的纖維狀結(jié)構(gòu)相關(guān)的分子線發(fā)射，以及確認(rèn)這些結(jié)構(gòu)與塵埃發(fā)射之間的關(guān)聯(lián)性。我們?cè)?.01秒差距上探測到這些結(jié)構(gòu)，以及進(jìn)一步標(biāo)記出激波界面是該領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重大突破?！眻F(tuán)隊(duì)成員、上海交通大學(xué)的張軼辰說道。如果這些細(xì)絲像我們用ALMA探測到的區(qū)域一樣遍布整個(gè)CMZ，就意味著銀河系中心的物質(zhì)循環(huán)是平衡的。楊教授說：“一氧化硅是目前唯一一種專門示蹤激波的分子，而SiO 5-4的旋轉(zhuǎn)躍遷發(fā)射線只有在密度和溫度相對(duì)較高的激波區(qū)域才能探測到。這使得它能夠高效的示蹤C(jī)MZ致密區(qū)域內(nèi)激波誘導(dǎo)過程?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)希望未來ALMA的觀測能夠覆蓋更多分子發(fā)射線以及CMZ更廣闊的區(qū)域。將這些觀測結(jié)果與模擬結(jié)果結(jié)合起來，天文學(xué)家可以確認(rèn)這些細(xì)絲的起源，從而更好地定義銀河系核心區(qū)域內(nèi)的周期性過程。該團(tuán)隊(duì)的研究成果于2月發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上。

BY: Robert Lea

FY: Amberoid

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