（來源：中國環(huán)境網(wǎng)）

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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(zhì)量原恒星的吸積盤，這是目前大質(zhì)量恒星形成研究的核心課題，備受天文學界關(guān)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(lǐng)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(jié)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(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(shù)期刊《科學進展》(Science Advances)發(fā)表。相關(guān)審稿人評價認為，該研究是揭示大質(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。

本項研究發(fā)現(xiàn)分子云中類“迷你棒旋星系”層級氣體結(jié)構(gòu)的藝術(shù)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(zhì)量大于8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(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)向核心輸運，形成多條“旋臂”，部分氣流符合旋轉(zhuǎn)內(nèi)落的運動特征，顯示大尺度團塊的整體旋轉(zhuǎn)坍縮可能在塑造氣體內(nèi)流形態(tài)和運動學方面起到關(guān)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(jié)構(gòu)，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(nèi)，氣體形成旋轉(zhuǎn)塌縮包層，并在約500天文單位范圍內(nèi)形成具有開普勒旋轉(zhuǎn)運動特征的吸積盤。

本項研究揭示層次化的氣體運動學結(jié)構(gòu)。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(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。

吸積率調(diào)控

研究團隊進一步計算發(fā)現(xiàn)，“旋臂”和棒狀結(jié)構(gòu)的氣體運輸速率保持在0.0001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0.000001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(zhuǎn)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(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)。這為大質(zhì)量恒星如何在復雜環(huán)境中積聚質(zhì)量、形成吸積盤提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)。

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(guān)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(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。