中國天文學家發現上百座宇宙化工廠

恆星是星系和宇宙的基本組成單元，也稱為「阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列射電望遠鏡對大質量恆星形成區域的三毫米觀測，簡稱：宇宙的原子」（ALMA Three-millimeter Observations of Massive Star-forming regions，簡稱 ATOMS）。它們是如何形成的，即恆星的誕生過程，仍是天體物理學的基本問題之一。目前，天文學家對太陽大小的小質量恆星形成的物理圖像有了比較清楚的認識，可以比較準確地劃分這類恆星形成早期的各個演化階段。然而，對於主導星系光度和演化的大質量（大於八倍太陽質量）恆星，天文學家目前只能大致地勾劃出它們形成早期的演化過程的大致圖景（上圖），且對每個階段的物理化學性質及演化時標均缺乏足夠的了解。

大質量恆星的形成伴隨著複雜的化學過程，類似於一座座的宇宙化工廠建立、興盛與破產。這些宇宙化工廠建立在冰冷的星際空間之中，起始於主要由氫分子構成的分子雲中最緻密、最冷（約攝氏零下250度）的部分，即冷分子雲核。這些冷分子雲核由於鍋爐不夠熱，僅能生產一些簡單的分子。大質量原恆星誕生後會顯著加熱分子雲核內部的氣體和塵埃，形成分子熱核（hot molecular core）。分子熱核具有溫度高（ >攝氏零下173度）、尺度小（<0.326光年）和密度高（>每立方厘米的體積中含十萬個分子）等特徵。分子熱核階段也是大質量原恆星大量吸積氣體、茁壯成長的階段。分子熱核的高溫鍋爐會產生非常豐富的分子譜線，是著名的宇宙化工廠。在分子熱核中，已經探測到大量可能與生命起源息息相關的複雜有機分子（例如：甲酰胺，甲酸甲酯，乙醇等）。當大質量原恆星演化到了晚期（電離氫區），其強烈的紫外光子和恆星風會電離及驅散周圍的氣體，分子熱核的高溫鍋爐也隨之爆炸而消亡。

但是，受限於望遠鏡的分辨率和靈敏度，之前對分子熱核這一宇宙化工廠的全盛階段缺乏系統的搜尋。天文學家需要藉助高分辨率的望遠鏡來搜尋並研究分子熱核的物理化學性質。阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）射電望遠鏡是目前世界上分辨率和靈敏度最高的望遠鏡，天文學家統計研究大質量分子熱核成為可能。

由中國科學院上海天文台劉鐵博士領銜的「宇宙的原子」項目組，利用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列射電望遠鏡對一百四十六顆大質量恆星形成區進行了高分辨率( <0.326光年)的系統普查。這是阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列射電望遠鏡在三毫米波段進行的最大樣本的大質量恆星形成區觀測項目之一。基於「宇宙的原子」項目獲取的大樣本高分辨率數據，「宇宙的原子」團組首次系統地搜尋了分子熱核侯選體，並成功地發現了近百座“宇宙化工廠”，即有機分子譜線很豐富的分子熱核候選體。

【圖、文：節錄自中國科學院上海天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年5月8日出版的arXiv 論文預印本網頁，並稍後刊登在正在印刷中的英國《皇家天文學會月報》