天文学家首次“看见”银河系中心的“恒星摇篮”原恒星盘

IT之家 6 月 3 日消息，据中国科学院网站，近日，中国科学院上海天文台副研究员吕行与云南大学、美国哈佛-史密森天体物理中心、德国马克斯普朗克研究所科研人员合作，利用阿塔卡玛毫米 / 亚毫米波阵列望远镜（ALMA）的高分辨率观测数据，在银河系中心方向发现了一个被周围天体近距离掠过、从而产生旋臂结构的大质量新生恒星吸积盘。该发现证明了大质量恒星与小质量恒星的形成过程相类似，二者都会经历吸积盘和飞掠等过程。IT之家了解到，该成果于 5 月 30 日发表在《自然-天文》上。

在恒星形成过程中，环绕着新生恒星的周围会产生吸积盘，也称“原恒星盘”，是恒星形成过程中的关键一环。新生恒星通过吸积盘持续从环境中聚集气体，逐渐长大。因此，吸积盘是恒星诞生和成长的摇篮。

吕行牵头的科研团队利用位于南美洲智利的 ALMA 干涉阵对银河系中心区域开展了长基线观测，分辨率约 40 毫角秒。借助这一高分辨率、高灵敏度观测，研究人员在银河系中心附近区域发现了一个直径约 4000 天文单位的吸积盘正围绕着一颗 32 倍太阳质量的早型 O 型星转动。这是目前发现的质量最大的有吸积盘的原恒星之一，也是首次对银河系中心原恒星盘的直接成像。该发现表明，大质量早型 O 型星的形成过程中确有吸积盘参与，且该结论在银河系中心的特殊环境下依然成立。

该吸积盘有一对明显的旋臂结构。这种旋臂结构在星系盘中常见，但在原恒星盘中较为罕见。一般认为，这种旋臂结构是吸积盘自身引力不稳定从而碎裂导致的，但该研究发现，该吸积盘中气体温度较高、湍流较强，足以维持吸积盘自身的稳定性。因此，研究人员认为旋臂是受到外部扰动产生的。在吸积盘周围几千天文单位处，研究人员发现了一 3 倍太阳质量的天体，可能是外部扰动的来源。为了验证该猜想，研究人员利用解析计算，检查了该天体几十种可能的历史轨迹，发现只有在一种轨迹下它才可以扰动吸积盘。随后，在上海天文台的高性能超级计算机平台上，研究人员利用数值模拟追踪了这一轨迹，重现了该天体在一万多年前掠过吸积盘，并在吸积盘中搅出旋臂结构的完整过程（图 1）。最终，解析计算和数值模拟结果均与观测结果完全对应，说明该吸积盘中的旋臂可能是周围天体造访过程留下的遗迹。

▲ 图 1.从左下开始的三幅图来自数值模拟，分别是飞掠刚发生、发生后 4000 年、发生后 8000 年的状态。右上带有旋臂的吸积盘以及旁边的两个天体来自实际的 ALMA 观测，对应飞掠发生后 12000 年的状态  | 图自中国科学院网站，下同

研究表明，在恒星形成的早期阶段，吸积盘演化会频繁受到飞掠作用这类动力学过程的影响，从而显著影响恒星和行星的形成。因此，研究吸积盘演化不能将其作为孤立系统看待，应考虑动力学作用。对于更大质量的恒星，尤其在银河系中心这样高恒星密度的环境中，此类飞掠作用可能十分频繁。

▲ 图 2.数值模拟中，外部天体（红点）飞过吸积盘，搅动出旋臂的过程。颜色的明暗代表吸积盘上的气体面密度

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