史上最大规模ALMA图像揭示银河系核心隐藏的化学结构

史上最大规模的ALMA图像展示了银河系中心的分子气体。

天文学家近日获得的一幅全新图像首次以前所未有的精细程度揭示了银河系中心区域复杂的星际气体丝状结构网络。该图像由阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）获取，是目前为止最大跨度的ALMA图像，这一高质量数据集将使天文学家能够深入研究银河系中心位于超大质量黑洞附近最极端环境下的恒星生命历程。

银河系的中央分子区（CMZ，Central Molecular Zone）是一个充满神秘与未知的区域，该区域围绕着银心的超大质量黑洞，拥有致密分子气体和数个超新星遗迹，伴随着剧烈湍流、强烈磁场和频繁高能爆发现象。这些极端环境塑造了CMZ独特的物质循环过程，驱动CMZ中新生代恒星的诞生。

“这是一个充满极端条件、肉眼无法观测的区域，如今却以前所未有的细节呈现在我们眼前。”欧洲南方天文台（ESO）天文学家、此次数据获取团队成员之一的阿什利·巴恩斯（Ashley Barnes）表示，这也是距离地球最近、唯一能够让科学家以如此高分辨率研究的星系核区。

据了解，此次研究是科学家首次对银河系整个CMZ区域的冷气体进行精细地系统探测，这些气体正是恒星形成的原始物质。图像覆盖的区域尺度超过650光年，包含大量致密的气体和尘埃云，环绕着位于银河系中心的超大质量黑洞。高质量数据集以前所未有的方式揭示了CMZ的结构特征，从尺度达数十光年的气体结构，一直到环绕单颗恒星的小尺度气体云。

ALMA中央分子区探索巡天（ACES，ALMA CMZ Exploration Survey）重点研究的是冷分子气体。该巡天深入解析CMZ区域复杂的化学组成，探测到数十种不同的分子，包括一氧化硅等简单分子，以及甲醇、丙酮、乙醇等更为复杂的有机分子。

ALMA 观测到的银河系中心不同分子分布：ACES 已绘制出银河系中心数十种分子的空间分布。此处展示的五种分子自上而下分别为一硫化碳、异氰酸、一氧化硅、一氧化硫和氰乙炔。

冷分子气体沿着丝状结构流动，并汇聚到致密物质团块中，为恒星的诞生提供物质基础。在类似太阳系的银河系外围区域，这一过程已相对清楚，但在中心区域，其物理过程则更为极端。

“CMZ孕育了银河系中已知质量最大的恒星群体，其中许多恒星演化迅速、寿命短暂，最终以强烈的超新星爆发甚至是极超新星级别的爆炸结束生命。”ACES项目负责人、英国利物浦约翰摩尔斯大学天体物理学教授史蒂夫·朗莫尔（Steve Longmore）表示。通过ACES，天文学家希望深入理解这些极端现象如何影响恒星形成过程，并检验现有恒星形成理论在极端环境下是否仍然适用。“我们认为该区域在许多方面与早期宇宙中的星系相似，那些星系中的恒星同样诞生于高度混乱且极端的环境之中。”朗莫尔补充道。

目前，ACES项目相关成果已形成五篇论文，已被《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）接收发表，并有第六篇论文已近接收。

中国科学院上海天文台研究员吕行是ACES项目数据处理工作组的核心成员之一，并牵头负责其中一篇数据发布论文（Paper IV）。该论文发布了ACES观测中的两个中带宽谱线窗口数据，包括六种代表性分子谱线的图像。此外，论文分析了连续谱及十余种分子谱线图像的形态相似性、若干种同位素分子和同分异构体分子之间的谱线强度比等问题，发现了CMZ内Sgr B2分子云内一氧化硫分子的异常强发射、HC15N分子作为CMZ中稠密气体分子的可信探针的潜力、HN13C和H13CN的谱线强度比作为CMZ中分子气体温度计的可能性等。“我们正在并行开展K波段观测项目，针对关键分子谱线进行观测，以约束ACES覆盖区域内气体的温度。上海天文台的天马65米射电望远镜及其新建的7波束K波段接收机将在这一研究中发挥关键作用。”吕行表示。