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有何奧秘？銀河系中心的恒星如何形成？

2019-06-16 13:33 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

恒星是由分子云中的氣體和塵埃通過一系列復(fù)雜過程形成，而這些復(fù)雜的過程目前只被部分理解，這些云的演化驅(qū)動著宇宙中恒星種群的演化。

在過去的幾十年里，研究恒星形成的天文學(xué)家們集中精力研究幾個活躍的恒星形成區(qū)域：太陽鄰域、銀河系的圓盤和鄰近的麥哲倫云星系。然而，這種環(huán)境范圍是有限的，不能代表宇宙中大多數(shù)恒星形成的條件。例如，在這些局部環(huán)境中，氣體的密度、壓力和運(yùn)動遠(yuǎn)低于人們認(rèn)為在大約100億年前宇宙恒星形成高峰時期存在的氣體密度、壓力和運(yùn)動。

博科園：此外，不同的條件使得理清演化效應(yīng)變得困難。最近，利用亞毫米陣列和阿爾瑪望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備對不同波長的星系平面進(jìn)行了廣泛的觀測，這使得研究中心分子帶(CMZ)的云演化和恒星形成成為可能。CfA天文學(xué)家Eric Keto和張啟洲以及同事在CMZ環(huán)境下對大質(zhì)量分子云進(jìn)行了一系列的計(jì)算機(jī)模擬，目的是描述它們在這個稠密、復(fù)雜區(qū)域內(nèi)圍繞星系中心旋轉(zhuǎn)時的形態(tài)和運(yùn)動演化。這些計(jì)算是第一次專門針對CMZ脊云的建模，并與最近的觀測結(jié)果進(jìn)行了比較。

（圖示）伊拉克/斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的銀河系中心紅外圖像。紅外線穿透了大部分塵埃，揭示了擁擠的星系中心區(qū)域的恒星。較老、較冷的星星是藍(lán)色的；紅塵云與恒星托兒所中的年輕恒星有關(guān)。銀河系中心位于大約26,000光年之外，朝向人馬座。這幅圖像跨越了一個叫做環(huán)分子帶的區(qū)域，新模擬似乎解決了圍繞該區(qū)域分子云的性質(zhì)和演化的一些謎團(tuán)。圖片：Susan Stolovy (SSC/Caltech) et al., NASA SPitzer/IRAC

研究小組發(fā)現(xiàn)，CMZ環(huán)境導(dǎo)致云層被壓縮，壓力和剪切力使云層破碎，形成細(xì)絲和紡絲等類似薄餅的結(jié)構(gòu)。模擬能夠重現(xiàn)關(guān)鍵的觀測特征，比如“磚”，一種非常密集、扁平的分子云，盡管它的氣體密度很高，但缺乏恒星形成活動；模擬可以模擬它的一般形態(tài)、傾角和速度梯度。結(jié)果表明，星系中心附近分子云的演化與其軌道動力學(xué)密切相關(guān)。當(dāng)伴隨著氣體的增加，這些云可以進(jìn)化產(chǎn)生在許多星系核中觀察到的星暴。

由于外引力勢的顯著影響，星系中心分子云的演化被認(rèn)為與星系盤中分子云的演化不同。研究提出了一組分子云在中心分子帶(星系中心～500pc)的100-pc流上繞軌道運(yùn)行的數(shù)值模擬，并描述了它們隨背景勢和偏心軌道運(yùn)動的形態(tài)和運(yùn)動演化。發(fā)現(xiàn)這些云是由強(qiáng)剪切和力矩、潮汐和幾何變形以及它們通過軌道周中心形成。在模擬中，這些機(jī)制控制云的大小、縱橫比、位置角、絲狀結(jié)構(gòu)、柱密度、速度色散、視線速度梯度、自旋角動量和運(yùn)動學(xué)復(fù)雜性。通過將這些預(yù)測與星系中心“塵埃脊”上的云的觀測結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)模擬很自然地再現(xiàn)了一系列重要的觀測形態(tài)和運(yùn)動特征。

這些特征可以用人們熟知的物理機(jī)制來解釋，研究人員認(rèn)為，氣體云在星系中心區(qū)域的吸積，也就是旋轉(zhuǎn)曲線翻轉(zhuǎn)、潮場完全壓縮的地方，伴隨著氣體云的動力變化，導(dǎo)致坍縮和恒星的形成。這可以產(chǎn)生一個具有共同起始點(diǎn)的云塌演化過程，該起始點(diǎn)要么標(biāo)志著吸積到潮壓區(qū)域的時間，要么標(biāo)志著最近的周中心通道時間。這些過程加在一起可能會自然地產(chǎn)生同步星暴，這些星暴可以在許多(額外的)星系核中觀察到。