外星结构还是冲击波？银河系内发现的奇特细丝令天文学家感到困惑

在我们银河系的中心，在环绕超大质量黑洞的湍流区域，尘埃和气体在空间中波动的高能冲击波的驱动下不断旋转。一个国际天文学家团队利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA），将我们对这一混乱区域的观测提高了100倍，发现了一个令人惊讶的全新丝状结构。

长期以来，人们一直认为该星系的中心分子区（CMZ）是一个富含尘埃和气体分子的区域，该区域不断经历着形成和毁灭的循环。然而，这种活动背后的确切机制仍不清楚。科学家经常使用分子作为标记物来研究分子云内发生的各种过程。在这些标记物中，一氧化硅（SiO）对于识别冲击波尤为重要。

由上海交通大学杨凯领导的国际天文学家团队利用ALMA的高分辨率和高灵敏度，绘制了银河系中心分子云内清晰的谱线，并以更精细的尺度描绘出一种新型的细长丝状结构。这种湍流环境与激波穿过时产生的细丝状结构之间的动态相互作用，为理解CMZ内的周期性过程提供了更完整的视角。

ALMA天线指向阿塔卡马沙漠上的银河系。图片来源：NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott

“当我们查看ALMA显示流出物的图像时，我们注意到这些细长的细丝在空间上与任何恒星形成区域都存在偏移。与我们已知的任何物体不同，这些细丝确实让我们感到惊讶。从那时起，我们就一直在思考它们到底是什么，”杨总结道。

这些“细长丝状结构”是在二氧化硅和其他八种分子的发射线中意外偶然发现的。它们的视线速度一致，与外流速度不一致。因此，它们与之前发现的其他致密气体丝状结构类型并不相符；此外，这些细长丝状结构与尘埃发射无关，而且似乎不处于流体静力平衡状态。

CMZ 中的细丝。面板 a：MeerKAT 对 Sgr A 区域的 1.28 GHz 射电发射。红色方框标记了 20 公里/秒云层和 50 公里/秒云层。面板 b-c：ALMA 低分辨率（~1.9 英寸）观测得到的 20 公里/秒云层和 50 公里/秒云层中 SiO 5-4 的积分强度图。蓝色方框标记了检测到细丝的放大区域。虚线环表示我们 ALMA 高分辨率（~0.23 英寸）观测的 50% 主光束。面板 d-g：我们 ALMA 高分辨率观测得到的细丝状 SiO 5-4 发射，对于 20 公里/秒云层和 50 公里/秒云层，其积分速度范围分别为 [-20， 40] 和 [25， 75] 公里/秒。粉色虚线表示已识别的细丝。黑色轮廓线表示 ALMA 1.3 毫米连续谱发射，辐射能量水平为 [5， 25， 45] × 40 µJy beam−1。图片来源：Yang 等人。

上海天文台研究员、该研究论文的通讯作者吕星总结道：“我们的研究揭示了这些纤细的细丝是物质循环的重要组成部分，为迷人的银河系中心景观做出了贡献。我们可以将它们想象成太空龙卷风：它们是猛烈的气流，很快就会消散，并有效地将物质分布到环境中。”

这些纤细的丝状结构最初是如何形成的尚不清楚，但杨教授团队报告称，冲击波过程似乎是一个可能的解释。这一推论基于几个关键观测结果：ALMA观测中清晰可见的SiO 5-4旋转跃迁、CH3OH脉泽的存在，以及这些纤细丝状结构中复杂有机分子的相对丰度。

上海交通大学教授、该研究论文的通讯作者张懿晨强调：“ALMA的高角分辨率和非凡的灵敏度对于探测这些与细长丝状结构相关的分子线发射，以及确认这些结构与尘埃发射之间没有关联至关重要。我们的发现标志着一项重大进展，能够在更精细的0.01秒差距尺度上探测到这些细长丝状结构，从而标记出这些激波的工作表面。”

这一突破为理解CMZ中发生的动态过程提供了更详细的视角，并揭示了物质循环的周期性过程。首先，激波作为一种机制，形成了这些纤细的细丝，将SiO以及几种复杂的有机分子（例如CH3OH、CH3CN和HC3N）释放到气相和星际介质中。然后，这些纤细的细丝消散，为CMZ中广泛存在的激波释放物质补充能量。最后，这些分子冻结成尘埃颗粒，导致损耗和补充之间的平衡。假设这些纤细的细丝在整个CMZ中都像本样本中一样丰富，那么损耗和补充之间就会存在周期性的平衡。

杨教授表示：“SiO是目前唯一一种能够专门追踪冲击波的分子，而SiO 5-4旋转跃迁仅在密度和温度都相对较高的受冲击波影响的区域才能探测到。这使得它成为追踪CMZ致密区域内冲击波诱发过程的特别有价值的工具。” 希望未来ALMA能够通过涵盖多个SiO跃迁的观测以及横跨CMZ的普查观测，结合数值模拟，证实这些细丝状结构的起源，以及银河系这一特殊区域内周期性过程的可能性。

编译自/ScitechDaily