与众不同细丝结构，如何解密银心的物质循环？

神秘细丝遍布银心？恒星死亡掀起的宇宙龙卷风。

宇宙龙卷风正在银河系中心及其超大质量黑洞周围肆虐

这些纤维状结构前所未见，令人震惊。从发现他们之后，我们就在不断思索它的本质。

图一：“宇宙龙卷风”围绕着人马座A*（银河系中心的超大质量黑洞）流动的想象图。（图片来源：Robert Lea（使用 Canva 创建））

天文学家在银河系的中心区域，靠近超大质量黑洞（人马座A*）的附近，发现了正在剧烈活动的“太空龙卷风”。这一重大发现另该研究团队进一步揭示了银河系中心物质循环的完整图景。这一发现来自于研究团组使用的智利的射电干涉阵列-阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）。通过该设备，可以将银河系中心一个被称为“中央分子区（CMZ）”的区域内部运动的观测分辨率提高100倍。上海天文台的观测天文学家，同时也是研究团队的一员陆行在报告中说：“我们的研究结果揭示了这些细的纤维状结构是物质循环的重要组成部分，这一研究补充了我们对银河系中心活动的认识。

我们可以将这种结构想象成太空龙卷风，它们是猛烈的气流并且耗散的很快，能够将物质高效的分配到周围的环境中。”

长期以来，天文学家们一致认为CMZ 中充满了翻腾的尘埃和分子气体云，它们不断经历着形成和解离的循环。然而，这一循环过程的物理起源却一直笼罩在神秘之中。“当我们检查 ALMA 观测的外流图像时，我们注意到这些细长的气体纤维在空间上与所有恒星形成区域都存在位置偏离。它们与我们已知的任何天体都不同，这些细丝让我们感到惊讶。从那时起，我们就一直在思考它们到底是什么”研究团队负责人、上海交通大学的杨凯在同一报告中说道。

神秘的细丝缠绕着银河系的中心

研究团组使用ALMA望远镜观测分子发射线，用它们示踪CMZ分子云中发生的各种物理过程。其中，一氧化硅能高效的示踪涟漪状高能激波。在极高的空间分辨率（约0.033光年，0.01秒差距）下，这些观测结果揭露了由一氧化硅和其他八种分子的谱线示踪的CMZ中新型细长丝状结构的细节。考虑到地球到CMZ的距离约为27,800光年，这种高解析能力令人震撼。

这些精细结构与CMZ中其他的高密度气体纤维结构相比尤为特殊，因为它们的速度似乎与物质外流速度不一致，而且与CMZ中的尘埃辐射区域不重合。此外，新发现的结构似乎并未处于流体静力平衡状态，这意味着这类丝状结构内部的引力无法与外部的气体或尘埃的压强相平衡。

ALMA望远镜在银河系CMZ中观测到的超大质量黑洞Sgr A*周围的细长丝状结构。（图片来源：Yang et al.）

天文学家目前尚不清楚这些由尘埃和气体组成的细丝是如何产生的，但根据ALMA的观测结果提供的线索，该研究团组强烈怀疑这一过程受到了激波的影响——即CMZ内的物质受到“冲击”。其中一个线索是由于旋转引起的一氧化硅分子能级变化，即“旋转跃迁”导致的SiO 5-4的发射。另一个线索则是ALMA观测到的该区域内有机分子的丰度。

研究小组推测，激波在最初形成过程中产生了这些细长的纤维结构，将一氧化硅和有机分子（例如甲醇、甲基氰和氰乙炔）释放到星际介质中。随后，这些细丝消散，从而增丰了CMZ中的有机分子。最后，这些分子被冷却，形成尘埃颗粒，从而在损耗和补充之间建立平衡。

阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的天线在南方的天空下闪耀。（图片来源：ESO/B. Tafreshi (twanight.org)）

“ALMA的高角分辨率和高灵敏度能够高效的探测这些与细长的纤维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的关联性。我们在0.01秒差距上探测到这些结构，以及进一步标记出激波界面是该领域内的一项重大突破。”团队成员、上海交通大学的张轶辰说道。如果这些细丝像我们用ALMA探测到的区域一样遍布整个CMZ，就意味着银河系中心的物质循环是平衡的。杨教授说：“一氧化硅是目前唯一一种专门示踪激波的分子，而SiO 5-4的旋转跃迁发射线只有在密度和温度相对较高的激波区域才能探测到。这使得它能够高效的示踪CMZ致密区域内激波诱导过程。”

该团队希望未来ALMA的观测能够覆盖更多分子发射线以及CMZ更广阔的区域。将这些观测结果与模拟结果结合起来，天文学家可以确认这些细丝的起源，从而更好地定义银河系核心区域内的周期性过程。该团队的研究成果于2月发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

BY: Robert Lea

FY: Amberoid

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处