史上最大規模ALMA圖像揭示銀河系核心隱藏的化學結構

史上最大規模的ALMA圖像展示了銀河系中心的分子氣體。

天文學家近日獲得的一幅全新圖像首次以前所未有的精細程度揭示了銀河系中心區域復雜的星際氣體絲狀結構網絡。該圖像由阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）獲取，是目前為止最大跨度的ALMA圖像，這一高質量數據集將使天文學家能夠深入研究銀河系中心位于超大質量黑洞附近最極端環境下的恒星生命歷程。

銀河系的中央分子區（CMZ，Central Molecular Zone）是一個充滿神秘與未知的區域，該區域圍繞著銀心的超大質量黑洞，擁有致密分子氣體和數個超新星遺跡，伴隨著劇烈湍流、強烈磁場和頻繁高能爆發現象。這些極端環境塑造了CMZ獨特的物質循環過程，驅動CMZ中新生代恒星的誕生。

“這是一個充滿極端條件、肉眼無法觀測的區域，如今卻以前所未有的細節呈現在我們眼前。”歐洲南方天文臺（ESO）天文學家、此次數據獲取團隊成員之一的阿什利·巴恩斯（Ashley Barnes）表示，這也是距離地球最近、唯一能夠讓科學家以如此高分辨率研究的星系核區。

據了解，此次研究是科學家首次對銀河系整個CMZ區域的冷氣體進行精細地系統探測，這些氣體正是恒星形成的原始物質。圖像覆蓋的區域尺度超過650光年，包含大量致密的氣體和塵埃云，環繞著位于銀河系中心的超大質量黑洞。高質量數據集以前所未有的方式揭示了CMZ的結構特征，從尺度達數十光年的氣體結構，一直到環繞單顆恒星的小尺度氣體云。

ALMA中央分子區探索巡天（ACES，ALMA CMZ Exploration Survey）重點研究的是冷分子氣體。該巡天深入解析CMZ區域復雜的化學組成，探測到數十種不同的分子，包括一氧化硅等簡單分子，以及甲醇、丙酮、乙醇等更為復雜的有機分子。

ALMA 觀測到的銀河系中心不同分子分布：ACES 已繪制出銀河系中心數十種分子的空間分布。此處展示的五種分子自上而下分別為一硫化碳、異氰酸、一氧化硅、一氧化硫和氰乙炔。

冷分子氣體沿著絲狀結構流動，并匯聚到致密物質團塊中，為恒星的誕生提供物質基礎。在類似太陽系的銀河系外圍區域，這一過程已相對清楚，但在中心區域，其物理過程則更為極端。

“CMZ孕育了銀河系中已知質量最大的恒星群體，其中許多恒星演化迅速、壽命短暫，最終以強烈的超新星爆發甚至是極超新星級別的爆炸結束生命。”ACES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（Steve Longmore）表示。通過ACES，天文學家希望深入理解這些極端現象如何影響恒星形成過程，并檢驗現有恒星形成理論在極端環境下是否仍然適用。“我們認為該區域在許多方面與早期宇宙中的星系相似，那些星系中的恒星同樣誕生于高度混亂且極端的環境之中。”朗莫爾補充道。

目前，ACES項目相關成果已形成五篇論文，已被《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）接收發表，并有第六篇論文已近接收。

中國科學院上海天文臺研究員呂行是ACES項目數據處理工作組的核心成員之一，并牽頭負責其中一篇數據發布論文（Paper IV）。該論文發布了ACES觀測中的兩個中帶寬譜線窗口數據，包括六種代表性分子譜線的圖像。此外，論文分析了連續譜及十余種分子譜線圖像的形態相似性、若干種同位素分子和同分異構體分子之間的譜線強度比等問題，發現了CMZ內Sgr B2分子云內一氧化硫分子的異常強發射、HC15N分子作為CMZ中稠密氣體分子的可信探針的潛力、HN13C和H13CN的譜線強度比作為CMZ中分子氣體溫度計的可能性等。“我們正在并行開展K波段觀測項目，針對關鍵分子譜線進行觀測，以約束ACES覆蓋區域內氣體的溫度。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。”呂行表示。