新民晚報記者今天（18日）從中國科學院上海天文臺獲悉，其主導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，成功揭示了大質量恒星形成區中氣體從大尺度流向小尺度的完整過程。

相關成果于北京時間今天在國際著名學術期刊《科學進展》（Science Advances）上發表。審稿人給予該研究高度評價，認為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。

質量大于八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、復雜且高度動態的氣體環境中。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量原恒星的吸積盤，是目前大質量恒星形成研究的核心課題。

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（VLA）對距離太陽約1.25千秒差距的大質量恒星形成區IRAS 18134-1942進行了多尺度高分辨率觀測，分辨率動態范圍從40天文單位覆蓋的2500天文單位，系統性地揭示出一個“類旋臂—棒狀—旋轉包層—吸積盤”的復合系統。

層次化的氣體運動學結構。左上開始順時針從大尺度到小尺度變化。左上： “類旋臂”系統；右上：“棒狀”結構；右下：旋轉下落的氣體包層；左下：吸積盤

新民晚報記者了解到，這是迄今為止首次在單個大質量氣體團塊中同時揭示多個環節相互連接的完整層級氣體系統，與棒旋星系具有驚人的相似性。

分子云中類迷你“棒旋星系”層級氣體結構的藝術圖（上海天文臺供圖，由百度AI平臺制作）

進一步計算發現，“旋臂”和棒狀結構的氣體運輸速率保持在10-4太陽質量每年的水平，顯示出一種層級但連續的氣體下落模式；而在吸積盤尺度的氣體吸積率則下降到10-6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了不均勻的角動量輸入，導致了原恒星盤的角動量軸發生擺動，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”。

氣體包層和原恒星盤“傾角符號相反”示意圖

論文作者兼通訊作者，上海天文臺麥曉楓博士表示：“這項結果表明大質量分子云團塊的內部結構并非簡單或無序，而是可以呈現出類似棒旋星系的高度有序層級結構。它為大質量恒星如何在復雜環境中積聚質量、形成吸積盤提供了關鍵觀測證據。”

據悉，上海天文臺恒星形成團隊聯合國內外合作者，利用ALMA歷經5年的時間積累了一百四十多個大質量恒星形成區的多尺度觀測數據，形成了ALMA ATOMS/QUARKS項目。論文共同通訊作者及ALMA ATOMS/QUARKS項目負責人，上海天文臺劉鐵研究員表示：“我們正利用ALMA ATOMS/QUARKS項目數據及后隨觀測數據對更多類似系統開展深入研究，結合課題組正在開展的高精度數值模擬，進一步揭示大質量恒星形成的完整圖景。”

原標題：《被評價為“教科書”案例，上海科學家揭示大質量恒星的奧秘》

欄目編輯：馬丹 中國科學院上海天文臺

作者：新民晚報 郜陽