——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
近期，云南大學(xué)、中國科學(xué)院上海天文臺和智利大學(xué)等國內(nèi)外合作團隊，揭示了大質(zhì)量恒星誕生之謎的觀測新證據(jù)，相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)期刊《The Astrophysical Journal supplement》發(fā)表。
大質(zhì)量恒星嬰兒房的“分裂密碼”
恒星誕生于宇宙中的稠密分子云團塊（如密度大于104 cm-3），簡稱云團。云團內(nèi)包含大質(zhì)量恒星（超過8倍太陽質(zhì)量）誕生的致密云核種子（如密度高于106 cm-3）。但目前科研人員仍未徹底弄清楚的是，大質(zhì)量云團如何分裂成一個個能誕生恒星的云核種子？為了破解該謎題，研究團隊動用了目前世界上最強大的毫米干涉陣望遠(yuǎn)鏡ALMA，旨在分析衡量云團碎裂的一個關(guān)鍵特征——云核間距。利用由66臺天線組成的“宇宙千里眼”陣列ALMA，團隊在1.3毫米波長處對139個紅外亮的大質(zhì)量原恒星云團進(jìn)行了高清掃描，辨析出了近1600個致密云核。具有顯著統(tǒng)計意義的結(jié)果表明，相鄰云核的平均間距比熱金斯碎裂理論預(yù)測值小近5倍。也就是，云團內(nèi)的云核分布非常緊湊，說明云團碎裂成云核過程的驅(qū)動機制由引力主導(dǎo)。這一觀測新結(jié)果幫助研究團隊強有力地闡明了大質(zhì)量恒星形成的碎裂機制——熱金斯碎裂。此外，研究人員認(rèn)為緊湊的云核分布關(guān)聯(lián)兩種最可能的物理過程：一種是類似于俄羅斯套娃，云團存在多層級的碎裂過程；或者是由于云團的動力學(xué)演化，使得新形成云核隨時間推移變得愈發(fā)擁擠。兩種可能性的進(jìn)一步觀測驗證，可為現(xiàn)有恒星形成理論模型提供關(guān)鍵的約束條件。
圖1：（圖左）大質(zhì)量原恒星云團示例。（圖右）云團的ALMA高分辨觀測圖像，加號標(biāo)注了致密云核位置，相鄰云核的間距由綠色線段表示。
大質(zhì)量恒星形成種子的尋覓——"成長路徑"的關(guān)鍵抉擇
研究的另一亮點是尋覓大質(zhì)量恒星形成種子——大質(zhì)量無星云核。它們質(zhì)量大（至少超過16倍太陽質(zhì)量）、密度極高（>106 cm-3）且尚未開始任何恒星形成活動。這類云核是大質(zhì)量恒星形成路徑抉擇的關(guān)鍵判據(jù)。例如，主流的“湍動云核吸積”模型認(rèn)為，大質(zhì)量恒星誕生于預(yù)先存在且孤立的無星云核，在引力坍縮后通過快速吸積周圍物質(zhì)形成大質(zhì)量星體；然而，另一個廣為討論的“競爭吸積”模型則建議，大質(zhì)量恒星起源于一簇小質(zhì)量云核，它們之間通過激烈競爭搶奪氣體物質(zhì)而成長為“大個子”。在近1600個探測的云核中，研究人員只發(fā)現(xiàn)了兩個大質(zhì)量無星云核候選體（約17—21倍太陽質(zhì)量，半徑約5000天文單位），它們的密度分布呈致密特征（圖2）、其內(nèi)部只探測到少量分子譜線發(fā)射（圖3）且不存在如外向流等已知的恒星形成活動跡象。大質(zhì)量恒星種子云核數(shù)量的稀少表明，多數(shù)大質(zhì)量恒星是由一簇小質(zhì)量云核通過激烈競爭、不斷吸積物質(zhì)而成長起來的，這為“競爭吸積”模型提供了強有力的觀測新證據(jù)。
?圖2：大質(zhì)量星前核候選體的連續(xù)譜圖像。
圖3：大質(zhì)量星前核內(nèi)部的分子譜線。
該研究獲得了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、云南省基礎(chǔ)研究計劃項目、云南省“興滇英才計劃”青年項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院“西部之光”項目等經(jīng)費資助。
論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/adf847
科學(xué)聯(lián)系人：
劉??鐵 liutie@shao.ac.cn;
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