研究揭示大質量恆星誕生中物質聚積過程

中國科學院國家天文台南美觀測站博士袁敬華、研究員李金增帶領的國際團隊，揭示了大質量恆星誕生過程中物質從分子雲到原恆星聚積的完備圖景。相關研究成果已被《天體物理學雜誌》錄用。

作為宇宙空間中電離輻射和重金屬元素的主要貢獻者，大質量恆星在星際介質物理與化學演化、星團與星系形成和演化中扮演重要角色。數目少、距離遠、演化快且早期階段嵌埋深等特點，致使大質量恆星誕生過程謎團重重。其中關鍵問題是大質量恆星如何在形成過程中實現物質聚積。

主流大質量恆星形成模型提供了兩種不同的圖景。「單體吸積模型」（Monolithic Accretion）把大質量恆星形成過程看成是小質量恆星誕生過程的放大版，認為大質量恆星誕生於大質量雲核。「競爭吸積模型」（Competitive Accretion）認為大質量恆星誕生於星團環境的中心，因位置優越能夠吸積更多的物質。兩種模型核心區別在於形成大質量恆星的物質是如何以及在哪個階段完成的積累。單體吸積模型要求在恆星形成活動開始前完成物質積累，存在大質量無星雲核（半徑小於0.15pc，質量大於20個太陽質量）。競爭吸積模型則認為大質量恆星的誕生開始於小質量雲核，在形成的過程中雲核依然可以從周圍獲取物質實現質量增長。

對活躍大質量恆星區進行不同解析度的觀測，探究不同尺度上的動力學過程，是揭示物質聚積途徑的關鍵。在使用多波段紅外和（亞）毫米波數據對優選天區G22開展的研究中，袁敬華等在分子雲尺度發現物質正沿纖維狀結構（filaments）向中心緻密團塊流動，同時中心緻密團塊亦在整體坍縮向更深處的分子雲核輸送物質，而嵌埋在分子雲核中的大質量原恆星也在不斷吸積氣體增長質量。

在前人工作中，不同尺度上的物質聚積過程往往在不同的天區中被探測到。在同一個天區中同時探測到物質從纖維狀結構向分子團塊、從分子團塊向分子雲核、從分子雲核向原恆星的聚積過程鮮有報道。該研究揭示的物質聚積過程表明，大質量無星雲核可能並非形成大質量恆星的必備初始條件；在大質量恆星的誕生過程中，中心的原恆星、緻密分子雲核和分子團塊可以同時增長質量。

（a）G22天區的柱密度（等值線）與塵埃溫度（背景）分布。（b）纖維狀結構上的速度分布（彩色實心圓點）。背景為柱密度分布。（c）纖維狀結構與中心區域速度差隨到中心距離的變化。

（a）纖維狀結構上的速度分布（彩色實心圓點）。背景為柱密度分布。（b）緻密團塊C1的13CO (3-2) 譜線輪廓分布。紅色和藍色背景為SMA觀測揭示的外向流。（c）SMA觀測揭示的小尺度雲核。中心五角心標識了正在增長質量的大質量原恆星。右下角插圖中展示了最中心的13CO (2-1) 譜線。

來源：中國科學院國家天文台

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