毫米波望遠鏡發現初始塌縮階段的纖維狀分子雲

科研人員利用中國科學院紫金山天文台青海觀測站13.7米毫米波望遠鏡觀測發現巨蛇座纖維狀分子雲(The Serpens filament)正處在初始塌縮階段。該研究成果近日以The Serpens filament at the onset of slightly supercritical collapse為題發表在《天文學和天體物理學》(Astronomy and Astrophysics)雜誌上。

分子雲是恆星形成的搖籃。近年來，越來越多的觀測表明，分子雲會首先形成纖維狀結構，然後再進一步碎裂並塌縮形成恆星。這類纖維狀分子雲的形成和演化自然就成了研究恆星形成的關鍵環節。想要建立起自洽的理論，人們需要收集處在不同演化階段的纖維狀分子雲樣本，其中對處於初始塌縮階段的纖維狀分子雲的證認及其物理化學性質的表徵尤為關鍵。多種星際分子探針的譜線組合觀測是「解剖」分子雲結構診斷其物理和化學特徵的最有效手段。如譜線的藍不對稱性、速度梯度等都可以作為分子雲中存在塌縮等運動學特徵的診斷證據。

巨蛇座纖維狀分子雲距離地球只有約1400光年，而且其結構簡單，非常利於做觀測結果和理論預測的對比。研究人員利用紫金山天文台青海觀測站13.7米毫米波望遠鏡對巨蛇座纖維狀分子雲進行了7種分子譜線的成圖觀測（圖1）。研究發現該纖維狀結構是巨蛇座分子雲中最為寧靜的區域，其非熱運動接近於聲速。分別通過普遍存在的硫化碳（CS）與異氰化氫（HNC）藍不對稱譜線輪廓以及速度梯度與密度結構發現沿該纖維狀分子雲短軸和長軸方向均存在下落運動（圖2），而且下落速率都遠小於所有其他已知同類纖維狀分子雲的下落速率。由此確認巨蛇座纖維狀分子雲是處於初始塌縮階段纖維狀分子雲的代表天體。更多此類纖維狀分子雲的發現和研究將有助於建立分子雲通過形成纖維狀結構並碎裂塌縮形成恆星的理論模型。

該項工作得益於13.7米毫米波望遠鏡所配備頻譜終端的超高頻譜分辨本領，使得研究分子雲中接近甚至低於聲速的運動特徵成為可能。該項研究得到國家科技部重點研發項目、國家自然科學基金委以及中科院基金的支持。

圖1：巨蛇座纖維狀分子雲：（a）氫分子柱密度圖；（b）-(f）7種分子譜線的積分強度圖。

圖2：纖維狀分子雲中下落運動示意圖：短軸（紅色箭頭）和長軸（藍色箭頭）

來源：中國科學院紫金山天文台

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