科研人员利用银河画卷巡天揭示流向中心分子带（CMZ）的大尺度分子气体流

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近期，中国科学院紫金山天文台苏扬等利用银河画卷高质量数据，首次全面地揭示了从银盘3 kpc处流向中心分子区（Central Molecular Zone，CMZ）的分子气体流的诸多观测细节，并建立了气体动力学理论模型。该成果于2024年8月1日发表在《天体物理学杂志快报》（ApJL）。

银心方向约300 pc内的CMZ区域聚集了大量的分子气体，也是极端环境下（高密度、高温度、高电离率、高压力和快速动力学演化等）恒星形成研究的典型区域。得益于高质量的银河画卷巡天（Milky Way Imaging Scroll Painting,MWISP）数据，研究人员发现该分子气体流位于银盘下方约70 pc，长度约为3.4 kpc，呈现连续的空间分布和大速度梯度特征。研究发现该大尺度气体结构与银河系棒成协，并且进一步利用分子气体的空间分布、运动学特性、天体测量数据等多维信息精确测定了银河系棒的各项参数（棒倾角为23±3度，旋转速度为32.5±2.5 km/s/kpc，误差约为10%）。研究人员还进一步证实了作为棒旋星系的银河系正处于慢旋转模式，其共转半径约为5.4—6.3 kpc。

银河画卷大动态范围和高灵敏度的数据揭示了一系列沿着该大尺度气体流分布的巨型弓激波、子弹状腔形结构（图一）。这些丰富的气体分布和动力学特征为银河系棒旋引力势驱动气体加速流向CMZ区域的模型提供了令人信服的观测证据。

图一：朝向CMZ区域的大尺度弓激波结构（左）和800 pc长的子弹状腔形结构（右）。银河画卷高质量的数据揭示了丰富的气体空间分布和运动学特征，表明在靠近银心的区域，气体被银河系棒的引力势主导而加速流向CMZ。

研究人员对与该大尺度气体流相关的气体结构进行了证认，并通过选取 800 多个样本中较大的64个分子云（面积大于50平方角分）进行了统计，求得其典型的XCO (CO-to-H2)转换因子为1.0 ± 0.4 × 1020 cm−2(K km s−1)−1 ，比银河系正常分子云低一倍。这个结果与其 CO 同位素谱线强度比正相关，即这些分子云的13CO和12CO强度比为0.1，比银河系正常的分子云低了一倍。这表明被银河系棒引力势驱动而内流的 CO 气体在流向 CMZ 的过程中被激波扰动，产生了较宽的线翼，进而增加了12CO的流量。

研究人员还推算出朝向 CMZ 区域的气体在24 Myr的典型动力学时标内的平均注入率约为1.1±0.3 M⊙yr−1 ，与之前发现的由银河系核风驱动的气体外流率相当，表明CMZ区域丰富的气体聚集是银河系长期演化的结果。这项研究为我们深入理解流向CMZ的大尺度气体动力学、极端环境下恒星形成过程和恒星形成效率、银河系动力学与银河系演化等问题提供了坚实的观测基础，也对河外星系气体动力学、极端环境下的恒星形成、星系演化等研究具有重要意义。

科研人员从 MWISP巡天数据出发揭示了银心方向气体的分布和运动特征，并建立了从 pc 到 kpc 尺度的气体动力学模型，可以利用该模型对流向星系中心的气体分布和吸积率进行计算，进而精确描述星系的动力学演化和星系的物质循环过程。

论文第一作者和通讯作者为紫金山天文台副研究员苏扬。该工作得到国家重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究计划、以及国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad656d

新闻来源：紫金山天文台官网

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