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宇宙中有个baby诞生啦!它到底是个啥?

来源:光明网2019-06-13 10:34

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  最近,国家天文台星际介质演化及恒星形成团组的博士研究生左沛与李菂研究员,综合利用Arecibo 300米射电望远镜、美国FCRAO望远镜以及Herschel空间红外天文台,首次观测到了正在诞生的分子暗云!他们题为“Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time”的文章也已经在美国《天体物理》杂志发表,并被《自然》杂志选为研究亮点予以介绍。

  什么是分子暗云?怎么就知道它是刚刚诞生的呢?为此特别请来李菂研究员来一一解答疑惑。敲黑板啦!

  Q:什么是星际暗云?暗云是否不发光?

  李菂:暗是指肉眼难见。暗云的称谓可以追溯到光学大视场成像的先驱E.E. Barnard,他的天文底片上有明显缺乏恒星的区域,不能通过恒星分布的统计涨落解释,而是尘埃消光的结果,称之为暗云。进一步的观测,特别是在射电和红外波段,发现其中富含原子、分子气体,并且是新太阳、新行星甚至可能的太空生命的诞生地。

  Q:星际暗云演变为恒星需要什么条件?

  李菂:星际暗云向恒星演化关键的一步是原子变分子。有了大量的分子做为“冷却剂”,可以高效的辐射走压力支撑所需的能量,促成引力塌缩及最终的核反应点火,标志着新的恒星的诞生。

  Q:如何判断发现的分子暗云是处于正在诞生的过程?

  李菂:分子暗云拥有银河系内最低的热温度,仅有10 K左右。这种温度下星际分子含量占绝对主导地位的氢分子缺乏有效的激发机制,难以被直接探测到。这是为什么银河系内分子暗云数以万计,相关文章数以千计,而这项工作依然以“首次捕捉暗云的诞生”为题发表。

  通过中性氢窄线自吸收方法,我们首次明确测量到分子暗云B227边缘富含冷原子的环状结构,并且揭示了B227中的原子丰度由外向内显著下降。结合其他分子如一氧化碳以及尘埃的观测,这些结果表明B227这一分子暗云正在形成。而B227正是经典的以Barnard命名的分子暗云星表中的一个,也就是Barnard暗云第227个。

宇宙中有个baby诞生啦!它到底是个啥?

动图展现了一个正在长成中的分子暗云。蓝色的环状结构对应了外围的冷原子,在谱线上显示为蓝色的吸收低谷,被国家天文台科学家称作HINSA。原子环内部是红色的一氧化碳暗云,显示原子到分子的转换基本完成。云的内核有是更加暗的尘埃核。天体化学模型分析表明,这个分子暗云的年龄是600万年,在银河系里面依然是新生婴儿。这也是首次在观测中捕捉到暗云的诞生。

  Q:什么是中性氢窄线自吸收观测方法?

  李菂:原子氢气在银河系中俯拾皆是,使得具体确认其在视线上的来源尤其困难。在分子云中,氢原子通过与氢分子碰撞被制冷到远低于银河系原子星际介质的温度,并且拥有小的多的湍流,因而在银河系的中性氢辐射谱上呈现为窄吸收。

  这种与分子明确相关的氢的吸收现象被我们在2003年首次系统确认,并命名为中性氢窄线自吸收(即HINSA),以区别来源于原子星际介质温度涨落的自吸收和背景亮源引发的中性氢吸收。随后一系列的研究表明,中性氢窄线自吸收分析可以约束恒星形成时标,是星系演化气体模拟中分子形成速率唯二的观测基础之一。

  Q:发现它为中国天眼FAST提供了哪些帮助?有哪些意义?

  李菂:中性氢窄线自吸收的延展性使得现有的干涉阵例如JVLA不能有效开展观测研究。以上工作主要基于2017年以前一直引领全球单天线的阿雷西博望远镜的数据。FAST在灵敏度和天区覆盖上的综合优势,使得我们可以大量研究银河系近邻分子云的中性氢窄线自吸收现象,系统捕捉诞生中的暗云,约束恒星形成时标及恒星形成速率等重要的基础天体物理量。

  中性氢吸收线研究的科学潜力在数篇论文,包括SKA白皮书相关章节,都有所论述。这一发现,使得我们对FAST在相关方向上有所作为充满信心。(蔡琳、肖春芳)

  受访专家:李菂,系国家天文台研究员,FAST首席科学家,主要从事观测天文学研究和射电天文设备的设计研发。左沛,系国家天文台星际介质演化及恒星形成团组博士研究生毕业,现为北京大学科维理天文与天体物理研究所博士后。

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