研究首次绘制了漩涡星系中恒星诞生地的图表

由马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)领导、波恩大学参与的一个国际研究小组以前所未有的详细程度绘制了我们邻近星系之一未来恒星苗圃的寒冷、稠密气体图。这些数据将使研究人员首次能够以单个恒星形成区域的规模，对银河系外恒星形成早期阶段气体中存在的条件进行深入研究。

他们的研究结果现已发表在《天文学与天体物理学》上。

矛盾的是，热恒星开始在宇宙中一些最冷的区域形成，特别是在横跨整个星系的厚厚的气体和尘埃云中。海德堡MPIA博士生、该研究论文的第一作者SophiaStuber表示：“为了研究恒星形成的早期阶段，即气体逐渐凝结并最终产生恒星，我们必须首先确定这些区域。”

“为此目的，我们通常测量特定分子发出的辐射，这些分子在这些极冷和密集的区域特别丰富。”天文学家通常使用HCN(氰化氢;也称为氢氰酸)和N2H+(二氮烯鎓)等分子作为用于此目的的化学探针。

使用分子作为化学探针

得益于名为SWAN(利用NOEMA进行角秒级漩涡测量)的大规模观测计划，研究人员现在能够在另一个星系的广阔区域进行这些测量，而此前这些测量仅限于我们自己的银河系。

SWAN团队使用法国阿尔卑斯山的射电干涉仪北方扩展毫米波阵列(NOEMA)来研究漩涡星系(梅西耶51)中心20,000光年范围内几个分子的辐射分布。该计划的214小时观测得到了使用西班牙南部30米单碟望远镜进行的另一项调查的约70个小时的观测的补充。

SWAN项目的领导者之一是波恩大学阿格兰德天文研究所的FrankBigiel教授，他表示：“不同分子的谱线让我们对气体的物理性质得出非常具体的结论，例如作为它的密度。这使我们能够详细研究星际介质中的哪些条件有利于星系内恒星的形成。我们现在第一次能够以这种方式研究星系的大面积——并且以比以往更高的分辨率进行测量，这样我们甚至可以区分各个恒星形成区域。”

气体特性取决于环境

在现已发表的研究中，研究人员重点关注两种分子：氰化氢和二氮烯鎓。由于漩涡星系距我们仅2800万光年，因此甚至可以研究其中心或旋臂等不同区域中单个气体云的特征。斯图伯解释说：“我们利用这种情况来确定这两种气体为我们追踪这个星系中稠密云层的效果，以及它们是否同样适合。”

虽然氰化氢和二氮烯鎓发出的辐射强度沿着旋臂上升和下降的程度相同，从而在确定气体密度时提供同样好的结果，但天文学家发现星系中心区域存在显着差异，其中氰化氢发出的亮度增加得更显着。换句话说，似乎存在一种机制可以使氰化氢发光更亮，但二氮烯基鎓却不能。

研究小组怀疑，造成这种现象的原因可能在于漩涡星系的活跃星系核，这是一个围绕其中心巨大黑洞的高能区域。在气体落入黑洞之前，它被推成圆盘形状，加速到高速并通过摩擦加热到数千摄氏度。

这导致它发射出强烈的辐射，这确实可以解释氰化氢分子的一些额外发射。MPIA研究组组长、SWAN项目的另一位联合负责人EvaSchinnerer补充道：“然而，我们仍然需要详细探索是什么让这两种气体表现不同。”

一个值得的挑战

因此，二氮烯鎓似乎是比氰化氢更可靠的“密度探针”，至少在漩涡星系的中心区域是如此。然而不幸的是，在相同的气体密度水平下，它的亮度平均暗淡五倍，从而大大增加了测量所需的时间和精力。因此，所需的额外灵敏度是以更多观察时间为代价的。

波恩大学“物质”跨学科研究领域的成员比吉尔教授说：“这些研究使我们离回答恒星如何形成的基本问题又近了一步。”“我们现在将能够将我们的数据与恒星形成活动的观察结果结合起来，并得出一个整体图景。”

从长远来看，这将能够回答诸如“恒星形成所需的气体密度有多大?”等问题。以及“追踪星系内这种气体的最佳‘探针’或分子是什么?”

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