科研人員利用中國科學(xué)院紫金山天文臺青海觀測站13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡觀測發(fā)現(xiàn)巨蛇座纖維狀分子云(The Serpens filament)正處在初始塌縮階段。該研究成果近日以The Serpens filament at the onset of slightly supercritical collapse 為題發(fā)表在《天文學(xué)和天體物理學(xué)》(Astronomy and Astrophysics)雜志上。

分子云是恒星形成的搖籃。近年來，越來越多的觀測表明，分子云會首先形成纖維狀結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)一步碎裂并塌縮形成恒星。這類纖維狀分子云的形成和演化自然就成了研究恒星形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。想要建立起自洽的理論，人們需要收集處在不同演化階段的纖維狀分子云樣本，其中對處于初始塌縮階段的纖維狀分子云的證認(rèn)及其物理化學(xué)性質(zhì)的表征尤為關(guān)鍵。多種星際分子探針的譜線組合觀測是“解剖”分子云結(jié)構(gòu)診斷其物理和化學(xué)特征的最有效手段。如譜線的藍(lán)不對稱性、速度梯度等都可以作為分子云中存在塌縮等運(yùn)動學(xué)特征的診斷證據(jù)。

巨蛇座纖維狀分子云距離地球只有約1400光年，而且其結(jié)構(gòu)簡單，非常利于做觀測結(jié)果和理論預(yù)測的對比。研究人員利用紫金山天文臺青海觀測站13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡對巨蛇座纖維狀分子云進(jìn)行了7種分子譜線的成圖觀測（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)該纖維狀結(jié)構(gòu)是巨蛇座分子云中最為寧靜的區(qū)域，其非熱運(yùn)動接近于聲速。分別通過普遍存在的硫化碳（CS）與異氰化氫（HNC）藍(lán)不對稱譜線輪廓以及速度梯度與密度結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)沿該纖維狀分子云短軸和長軸方向均存在下落運(yùn)動（圖2），而且下落速率都遠(yuǎn)小于所有其他已知同類纖維狀分子云的下落速率。由此確認(rèn)巨蛇座纖維狀分子云是處于初始塌縮階段纖維狀分子云的代表天體。更多此類纖維狀分子云的發(fā)現(xiàn)和研究將有助于建立分子云通過形成纖維狀結(jié)構(gòu)并碎裂塌縮形成恒星的理論模型。

該項工作得益于13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡所配備頻譜終端的超高頻譜分辨本領(lǐng)，使得研究分子云中接近甚至低于聲速的運(yùn)動特征成為可能。該項研究得到國家科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金委以及中科院基金的支持。

圖1：巨蛇座纖維狀分子云：（a）氫分子柱密度圖；（b）-(f）7種分子譜線的積分強(qiáng)度圖。

圖2：纖維狀分子云中下落運(yùn)動示意圖：短軸（紅色箭頭）和長軸（藍(lán)色箭頭）