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近期，云南大學、中國科學院上海天文臺和智利大學等國內外合作團隊，揭示了大質量恒星誕生之謎的觀測新證據，相關成果在國際學術期刊《The Astrophysical Journal supplement》發表。

大質量恒星嬰兒房的“分裂密碼”

恒星誕生于宇宙中的稠密分子云團塊（如密度大于10⁴ cm^-3），簡稱云團。云團內包含大質量恒星（超過8倍太陽質量）誕生的致密云核種子（如密度高于10⁶ cm^-3）。但目前科研人員仍未徹底弄清楚的是，大質量云團如何分裂成一個個能誕生恒星的云核種子？為了破解該謎題，研究團隊動用了目前世界上最強大的毫米干涉陣望遠鏡ALMA，旨在分析衡量云團碎裂的一個關鍵特征——云核間距。利用由66臺天線組成的“宇宙千里眼”陣列ALMA，團隊在1.3毫米波長處對139個紅外亮的大質量原恒星云團進行了高清掃描，辨析出了近1600個致密云核。具有顯著統計意義的結果表明，相鄰云核的平均間距比熱金斯碎裂理論預測值小近5倍。也就是，云團內的云核分布非常緊湊，說明云團碎裂成云核過程的驅動機制由引力主導。這一觀測新結果幫助研究團隊強有力地闡明了大質量恒星形成的碎裂機制——熱金斯碎裂。此外，研究人員認為緊湊的云核分布關聯兩種最可能的物理過程：一種是類似于俄羅斯套娃，云團存在多層級的碎裂過程；或者是由于云團的動力學演化，使得新形成云核隨時間推移變得愈發擁擠。兩種可能性的進一步觀測驗證，可為現有恒星形成理論模型提供關鍵的約束條件。

圖1：（圖左）大質量原恒星云團示例。（圖右）云團的ALMA高分辨觀測圖像，加號標注了致密云核位置，相鄰云核的間距由綠色線段表示。

大質量恒星形成種子的尋覓——"成長路徑"的關鍵抉擇

研究的另一亮點是尋覓大質量恒星形成種子——大質量無星云核。它們質量大（至少超過16倍太陽質量）、密度極高（>10⁶ cm^-3）且尚未開始任何恒星形成活動。這類云核是大質量恒星形成路徑抉擇的關鍵判據。例如，主流的“湍動云核吸積”模型認為，大質量恒星誕生于預先存在且孤立的無星云核，在引力坍縮后通過快速吸積周圍物質形成大質量星體；然而，另一個廣為討論的“競爭吸積”模型則建議，大質量恒星起源于一簇小質量云核，它們之間通過激烈競爭搶奪氣體物質而成長為“大個子”。在近1600個探測的云核中，研究人員只發現了兩個大質量無星云核候選體（約17—21倍太陽質量，半徑約5000天文單位），它們的密度分布呈致密特征（圖2）、其內部只探測到少量分子譜線發射（圖3）且不存在如外向流等已知的恒星形成活動跡象。大質量恒星種子云核數量的稀少表明，多數大質量恒星是由一簇小質量云核通過激烈競爭、不斷吸積物質而成長起來的，這為“競爭吸積”模型提供了強有力的觀測新證據。

?圖2：大質量星前核候選體的連續譜圖像。

圖3：大質量星前核內部的分子譜線。

該研究獲得了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、云南省基礎研究計劃項目、云南省“興滇英才計劃”青年項目、中國科學院戰略性先導科技專項、上海市自然科學基金和中國科學院“西部之光”項目等經費資助。

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/adf847

科學聯系人：

劉??鐵 liutie@shao.ac.cn;

劉洪禮 hongliliu2012@gmail.com