大质量恒星（≥8个太阳质量）形成过程是现代天体物理学的重要研究课题之一。区别于小质量恒星形成过程，大质量恒星在其形成过程中一般具有成团性，并产生较强的紫外辐射，而这些紫外辐射对其周围环境具有明显的破坏作用，这些性质给研究大质量恒星形成环境和初始状态带来许多困难。除此之外，大质量恒星演化过程远快于小质量恒星演化过程，且大质量恒星形成区一般距离我们较为遥远，导致我们对大质量恒星形成区的研究变得更加困难。所以，迄今为止，大质量恒星的形成及其早期演化过程还仍然是天体物理研究中的一个未解之谜。
而星际脉泽（主要是羟基、水和甲醇脉泽）广泛存在于大质量恒星形成区中，其脉泽斑具有小而亮的辐射特征，且这些脉泽辐射具有穿透尘埃的特性，所以成为示踪大质量恒星形成区，尤其是探索小尺度范围内物理和动力学特性的最有效探针。
羟基分子是星际介质中首次被探测到的分子，于上世纪六十年代被探测到。基态羟基脉泽也是第一种被探测到的天体脉泽。根据跃迁能级分类，羟基脉泽分为基态羟基脉泽和激发态羟基脉泽。基态羟基脉泽既与大质量恒星形成区成协，又与演化晚期的恒星拱星包层成协，还与超新星遗迹成协。而激发态羟基脉泽一般与大质量恒星形成区相成协。在大质量恒星形成区中，通过同时观测基态羟基脉泽和激发态羟基脉泽可以限制脉泽所在区域的物理条件，例如氢分子密度，温度和速度梯度等参数。因而激发态羟基脉泽的观测也极为重要。
最近，由国家授时中心乔海花副研究员（上海天文台天马望远镜特聘青年研究员）与上海天文台沈志强研究员，李娟研究员，SKA天文台Shari Breen博士，南京大学杨楷博士以及广州大学陈曦教授组成的国际合作团队，在激发态羟基脉泽的观测上获得了重大突破。该团队利用天马望远镜对北天155个大质量恒星形成区进行搜寻，共探测到18个4.7 GHz激发态羟基脉泽，其中8个4.7 GHz羟基脉泽首次被探测到。论文在2022年4月4日在线发表于《天体物理学报》上。
W75N在4765、4750和4660兆赫兹激发态羟基跃迁上的光谱图，其中4765兆赫兹是脉泽辐射，4750和4660兆赫兹激发态羟基跃迁上既无发射谱线也无吸收谱线。X轴是速度，Y轴是流量密度。
“相对于1.7 GHz基态羟基脉泽而言，4.7 GHz激发态羟基脉泽的数量更少，强度一般也较弱，光谱中一般具有一个简单的无偏振的峰值，典型的谱线宽度小于1公里每秒。”文章第一作者乔海花介绍，“但是和基态羟基脉泽光谱有一个最大的不同之处是，在某些大质量恒星形成区中，我们能够探测到谱线宽度从几公里每秒到20公里每秒的准热辐射。而准热辐射的产生机制目前仍在研究之中。”
“4.7 GHz激发态羟基脉泽的光变性是非常强烈的，有些源在很短的时间之内，流量密度能够增长两个量级（即变强100倍）。而我们观测得到的这些结果，能够为光变性研究提供观测样本，进而用来研究4.7 GHz羟基脉泽的抽运机制。”文章第二作者沈志强说。
乔海花还表示，在观测4.7 GHz激发态羟基脉泽时，他们也同时观测了6.0 GHz激发态羟基脉泽，关于6.0 GHz激发态羟基脉泽的文章正在准备之中，预期将会展示更多的激发态羟基脉泽结果，为研究大质量恒星形成区物理条件提供重要的观测样本。
新闻来源：上海天文台官网
论文链接
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac5820
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