近日，北京大学科维理天文与天体物理研究所王科研究员牵头的团队，使用位于贵州的“中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）观测了银河系旋臂中心（又称为“骨架”结构）的两个典型的纤维状巨分子云，发现其中存在普遍的冷中性氢成分，从而揭示出正在进行的原子云-分子云转化，这种转化标志着分子云的诞生过程。巨分子云是恒星，特别是大质量恒星形成的典型场所。在这两个巨分子云当中的部分致密区域业已观测到活跃的大质量恒星形成活动。研究团队通过与解析化学模型的比较发现，分子云形成的时标与大质量恒星形成的时标相当——换句话说，观测发现了分子云形成与恒星形成几乎同时进行。这个看似反常的有趣推论有力地支持了大质量恒星在动力学时标内快速形成的理论，挑战了传统的理论模型。
图1. 纤维状巨分子云G47的Herschel空间望远镜远红外合成图像，红色代表冷尘埃、蓝色代表热尘埃。G47长度约250光年，聚集了超过2万倍太阳质量的气体和尘埃（图源：欧空局/王科 et al. 2015【2】）。
研究成果已被国际专业学术期刊《天体物理学杂志快报》（Astrophysical Journal Letters）接收发表【1】。论文第一作者为北京大学物理学院天文学系博士研究生孙胜蓝，通讯作者为北京大学科维理所的王科研究员，论文作者还包括中国科学院上海天文台的刘训川博士（北大天文博士毕业生、目前在荷兰莱顿大学访问）和王科团队的在读博士生许峰玮（目前在德国科隆大学访问）。本论文是孙胜蓝在王科的指导下开展的本科生科研项目的成果。
图2. G47的柱密度图像（左）和FAST光谱（右）。左图中的圆圈代表提取光谱的位置。右上图展示HI光谱（黑色）及其拟合（蓝色），右下图展示12CO和13CO分子谱线（绿色、黄色）及根据分子谱线和G47视向速度提取出的冷中性氢发射（红色）。图取自【1】。
该研究得益于FAST的高灵敏度、高谱分辨率和快速扫描成图能力，基于李菂（中国科学院国家天文台FAST首席科学家（原）、清华大学教授）等人提出的中性氢窄线自吸收（HINSA）方法【3】，利用团队改进后的HINSA提取方法【4】，首次在数个秒差距（大质量恒星形成区的典型距离）之外发现与CO分子普遍成协的HINSA信号，成为研究取得突破性进展的关键。
该研究表明FAST在分子云形成的观测研究方面具有独一无二的优势。保守估计，银河系“骨架”结构至少包含数千个类似的纤维状巨分子云，王科团队近年来的系列工作已对其进行了细致的普查和研究【5】。下一步，团队正在使用FAST开展分子云形成的系统性观测研究工作，期望揭示出银河系骨架结构的形成机制，从而为大质量恒星形成的初始条件提供关键的观测限制。
该研究得到国家自然科学基金FAST重点专项和重点项目（12041305，12033005）、中国-智利天文联合研究基金（CCJRF No. 2211）、新疆维吾尔自治区天池英才项目、北京大学本科生科研项目的支持。
参考文献
【1】孙胜蓝et al. 2024, ApJL in press,
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2024arXiv240901895S
【2】王科et al. 2015, MNRAS, 450, 4043,
https://academic.oup.com/mnras/article/450/4/4043/989841
【3】李菂et al. 2003, ApJ, 585, 823,
https://iopscience.iop.org/article/10.1086/346227
【4】刘训川et al. 2022, A&A, 658A, 140,
https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2022/02/aa41477-21
【5】王科et al. 2024, A&A, 686L, 11,
https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2024/06/aa50296-24
新闻来源：北大天文公众号
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