大質量恒星，通常指質量大于 8 倍太陽質量的恒星，它們形成于大尺度、複雜且高度動态的氣體環境中，在宇宙演化過程中扮演着決定性角色。近日，中國科學院上海天文台主導的研究團隊成功揭示了大質量恒星形成區中，氣體從大尺度流向小尺度的完整過程，為探索大質量恒星的形成之謎邁出了重要一步。相關研究成果已發表在國際學術期刊《科學進展》上，審稿人稱贊這一成果是揭示大質量恒星形成層級結構及氣體吸積過程的 “教科書” 案例。
大質量恒星通過強烈的輻射、星風以及最終的超新星爆炸，深刻地改變着星際介質的物理和化學性質，進而推動着星系結構的形成與演化。因此，研究氣體如何從大尺度逐步輸運到小尺度，并形成圍繞大質量原恒星的吸積盤，成為了當前大質量恒星形成研究的核心課題。
文章第一作者兼通訊作者、上海天文台博士麥曉楓介紹，科研團隊利用阿塔卡馬大型毫米 / 亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)和甚大陣射電望遠鏡(VLA)，對距離太陽約 1.25 千秒差距的大質量恒星形成區 IRAS 18134 - 1942 進行了多尺度高分辨率觀測，分辨率動态範圍從 40 天文單位覆蓋到 2500 天文單位。通過觀測，團隊系統性地揭示出一個 “類旋臂 — 棒狀 — 旋轉包層 — 吸積盤” 的複合系統。
具體而言，在約 2 萬天文單位尺度上，數條清晰的氣體流将外圍物質向核心輸運，形成了多條 “旋臂”，部分氣流呈現出旋轉内落的運動特征，這表明大尺度團塊的整體旋轉坍縮可能在塑造氣體内流形态和運動學方面起到了關鍵作用。這些 “旋臂” 狀氣體流連接至一個約 7500 天文單位長的棒狀結構，該結構進一步将氣體引導至核心區域。最後，在約 2000 天文單位的核心範圍内，氣體形成了旋轉塌縮包層，并在約 500 天文單位範圍内形成了具有開普勒旋轉運動特征的吸積盤。
這是人類首次在單個大質量氣體團塊中，同時揭示出多個環節相互連接的完整層級氣體系統，該系統與棒旋星系具有驚人的相似性。進一步計算發現，在大恒星形成區中，不同尺度下的氣體下落速度存在差異。麥曉楓表示：“這項結果表明大質量分子雲團塊的内部結構并非簡單或無序，而是可以呈現出類似棒旋星系的高度有序層級結構，它為大質量恒星如何在複雜環境中積聚質量、形成吸積盤提供了關鍵觀測證據。”
據悉，上海天文台恒星形成團隊聯合國内外合作者，耗時 5 年積累了 140 多個大質量恒星形成區的多尺度觀測數據，即 ALMA ATOMS/QUARKS 觀測項目。文章共同通訊作者及 ALMA ATOMS/QUARKS 觀測項目負責人、上海天文台研究員劉鐵稱：“我們正利用項目數據及後續觀測數據對更多類似系統開展深入研究，結合課題組正在進行的高精度數值模拟，進一步揭示大質量恒星形成的完整圖景。”
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