大质量恒星形成区内部气体如何吸积？中国团队研究揭示多尺度全过程

（来源：中国环境网）

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宇宙之中，气体如何从大尺度逐步输运到小尺度并形成围绕大质量原恒星的吸积盘，这是目前大质量恒星形成研究的核心课题，备受天文学界关注。

“教科书”案例

来自中国科学院上海天文台的消息说，该台恒星形成团队领衔联合中外合作者的研究团队，依托阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)，并结合甚大阵(VLA)的脉泽天体测量观测，最近发现分子云中类似“迷你棒旋星系”的层级气体结构，并成功揭示大质量恒星形成区中气体从大尺度流向小尺度的完整过程。

这一揭示大质量恒星形成区中气体吸积的多尺度全过程的重要研究成果论文，北京时间9月18日凌晨在国际知名学术期刊《科学进展》(Science Advances)发表。相关审稿人评价认为，该研究是揭示大质量恒星形成层级结构及气体吸积过程的“教科书”案例。

本项研究发现分子云中类“迷你棒旋星系”层级气体结构的艺术图(AI参与制作)。中国科学院上海天文台 供图

研究团队介绍，质量大于8倍太阳质量的大质量恒星在宇宙演化过程中具有决定性作用，它们通过强烈的辐射、星风以及最终的超新星爆炸，深刻改变着星际介质的物理和化学性质，进而推动星系结构形成及演化。然而，与小质量恒星“单体塌缩”的形成路径不同，大质量恒星往往形成于大尺度、复杂且高度动态的气体环境中。

在本项研究中，研究团队利用ALMA，历时5年时间积累了140多个大质量恒星形成区的多尺度观测数据，开展全面分析和深入研究工作。

系统性揭示

研究团队利用ALMA和VLA，对距离太阳约1.25千秒差距、编号为IRAS18134-1942的大质量恒星形成区进行多尺度高分辨率观测，分辨率动态范围从40天文单位(日地距离)覆盖到2500天文单位，系统性揭示出一个“类旋臂-棒状-旋转包层-吸积盘”的复合系统：

在约2万天文单位尺度上，数条清晰的气体流将外围物质向核心输运，形成多条“旋臂”，部分气流符合旋转内落的运动特征，显示大尺度团块的整体旋转坍缩可能在塑造气体内流形态和运动学方面起到关键作用。

这些“旋臂”状气体流连接至一个约7500天文单位长的棒状结构，进一步将气体引导至核心区域。

在约2000天文单位的核心范围内，气体形成旋转塌缩包层，并在约500天文单位范围内形成具有开普勒旋转运动特征的吸积盘。

本项研究揭示层次化的气体运动学结构。中国科学院上海天文台 供图

这是迄今为止，天文学界首次在单个大质量气体团块中同时揭示多个环节相互连接的完整层级气体系统，与棒旋星系具有惊人的相似性。

吸积率调控

研究团队进一步计算发现，“旋臂”和棒状结构的气体运输速率保持在0.0001太阳质量每年的水平，显示出一种层级但连续的气体下落模式；而在吸积盘尺度的气体吸积率则下降到0.000001太阳质量每年，表明旋转塌缩包层和吸积盘共同调控了原恒星的吸积率。

值得注意的是，旋转包层与由甲醇脉泽示踪的原恒星盘速度梯度相反，这可能是由于湍动的气体输入同时带来不均匀的角动量输入，导致原恒星盘的角动量轴发生摆动，使得原恒星盘的倾角与气体包层的倾角“符号相反”，而并非完全的“旋转方向相反”。

本项研究气体包层和原恒星盘“倾角符号相反”示意图。中国科学院上海天文台 供图

论文第一作者兼通讯作者、中国科学院上海天文台麦晓枫博士表示，本项研究结果表明，大质量分子云团块的内部结构并非简单或无序，而是可以呈现出类似棒旋星系的高度有序层级结构。这为大质量恒星如何在复杂环境中积聚质量、形成吸积盘提供了关键观测证据。

作为ALMA观测项目负责人，论文共同通讯作者、中国科学院上海天文台刘铁研究员指出，研究团队正利用该阵列望远镜相关项目数据，以及后随观测数据对更多类似系统开展深入研究，并结合课题组正在开展的高精度数值模拟，进一步揭示大质量恒星形成的完整图景。