大質(zhì)量恒星是指質(zhì)量大于8倍太陽質(zhì)量的恒星，它們往往形成于大尺度、復(fù)雜且高度動態(tài)的氣體環(huán)境中，在宇宙演化過程中具有決定性作用。中國科學(xué)院上海天文臺主導(dǎo)的研究團隊成功揭示大質(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，為探索大質(zhì)量恒星的形成之謎邁出重要一步。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》上。審稿人認為，這一成果是揭示大質(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。

  大質(zhì)量恒星通過強烈的輻射、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)，進而推動星系結(jié)構(gòu)形成及演化。研究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，是目前大質(zhì)量恒星形成研究的核心課題。

  文章第一作者兼通訊作者、上海天文臺博士麥曉楓介紹，科研團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）和甚大陣射電望遠鏡（VLA），對距離太陽約1.25千秒差距的大質(zhì)量恒星形成區(qū)IRAS 18134-1942進行了多尺度高分辨率觀測，分辨率動態(tài)范圍從40天文單位覆蓋到2500天文單位，系統(tǒng)性地揭示出一個“類旋臂—棒狀—旋轉(zhuǎn)包層—吸積盤”的復(fù)合系統(tǒng)：首先，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(xué)方面起到關(guān)鍵作用；其次，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(dǎo)至核心區(qū)域；最后，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。

  這是迄今為止首次在單個大質(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。進一步計算發(fā)現(xiàn)，在大恒星形成區(qū)中，不同尺度下的氣體下落速度不一樣。麥曉楓說：“這項結(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)。它為大質(zhì)量恒星如何在復(fù)雜環(huán)境中積聚質(zhì)量、形成吸積盤提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)。”

  據(jù)悉，上海天文臺恒星形成團隊聯(lián)合國內(nèi)外合作者，已用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)，即ALMA ATOMS/QUARKS觀測項目。文章共同通訊作者及ALMA ATOMS/QUARKS觀測項目負責(zé)人、上海天文臺研究員劉鐵說：“我們正利用項目數(shù)據(jù)及后隨觀測數(shù)據(jù)對更多類似系統(tǒng)開展深入研究，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。”

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