史上最大規模！首次看清銀河系中心“恆星育嬰房”

史上最大規模的ALMA圖像展示了對銀河系中心的分子氣體（圖片來源：ALMA項目組）

近日，全球天文學家聯手，藉助位於智利阿塔卡馬沙漠中的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA），首次以前所未有的精度描繪出了銀河系中心區域所謂“恆星育嬰房”的結構圖，使得天文學家能深入研究銀河系中心位於超大質量黑洞附近最極端環境下的恆星生命歷程。

銀河系中心周圍大約幾百光年範圍內，有一片特別“濃密、擁擠”的氣體區域，聚集着大量以氫分子爲主的冷分子氣體，被稱爲“中央分子區”。它既是“銀河系大都市”的市中心（與之相比，太陽系就像是地處鄉野），也是銀河系孕育恆星的重要區域。“這片中央分子區圍繞着銀河系中心黑洞，我們曾經無法觀測到這裏發生着什麼。”此次數據獲取團隊成員之一、歐洲南方天文臺（ESO）天文學家阿什利·巴恩斯感嘆。但這次，科學家們獲得了迄今最大跨度的ALMA圖像，使得該區域以前所未有的清晰度，呈現在人類眼前。

通過中央分子區巡天，天文學家觀測了這一區域的冷分子氣體。參與該項目的中國科學院上海天文臺研究員呂行解釋，根據不同分子的存在，研究者可以推斷出中央分子區正在發生的狀況。比如，一氧化硅、一氧化硫的存在，說明該區域的雲團經常發生碰撞；異氰酸、氰乙炔等有機物的存在，則可能爲新生的恆星和行星帶去有機物，埋伏下生命演化的種子。

此次圖像所覆蓋的區域尺度超過650光年，包含大量緻密的氣體和塵埃雲。“我們描繪出了數十種不同的分子空間分佈，既有一氧化硅等簡單分子，也有甲醇、丙酮、乙醇等有機分子。”呂行說，包含這些複雜化學組分的冷分子氣體沿着星際氣體絲狀結構流動，並匯聚到緻密物質團塊中，爲恆星的誕生提供物質基礎——在物質密集的中心區域，大量恆星在這裏孕育，其中許多恆星演化迅速、壽命短暫，最終以強烈的超新星、極超新星級別的爆發結束生命。

該巡天項目負責人、英國利物浦約翰摩爾斯大學天體物理學教授史蒂夫·朗莫爾表示，天文學家希望通過該項目深入理解這些極端現象如何影響恆星的形成過程，並檢驗現有恆星形成理論在極端環境下是否仍然適用，“我們認爲該區域在許多方面與早期宇宙中的星系相似”。

ALMA於2013年正式啓用，由66座高精度射電天線組成。這是ALMA首次對如此大範圍的天空區域進行系統掃描，因此也構成了迄今爲止規模最大的ALMA圖像。

“ALMA看清中央分子區的一個點只需幾分鐘，而其他同類望遠鏡則需一天。”呂行介紹，從2021年獲取首批數據起，團隊共觀測了1000小時，又耗時兩年半才完成所有數據處理。目前，相關成果形成的五篇論文已被《皇家天文學會月刊》接收發表，其中一篇數據發佈論文即爲呂行牽頭負責。

上海天文臺有多位科研人員通過不同工作組參與了這一項目。呂行透露，他們正在並行開展K波段觀測項目，針對關鍵分子譜線進行觀測。“上海天文臺的天馬65米射電望遠鏡及其新建的7波束K波段接收機，將在這一研究中發揮關鍵作用。”