恆星是可以通過核聚變發光發熱的等離子體星球，是構成可見宇宙的“原子”。離我們最近的恆星——太陽只是一個“個頭”比較小的矮星。比太陽更大的大質量恆星（質量大於8個太陽）雖然稀少，但卻影響巨大。然而，大質量恆星是如何形成的還是一個未解之謎。

ATOMS項目觀測的146個大質量恆星形成區（紅色+）在銀河系的分佈。大部分觀測目標都分佈在旋臂上。

圖說：12個ATOMS觀測的恆星形成區的ALMA 3 毫米的連續譜圖像，等值線或者亮度最強的地方正形成大質量恆星

來源/中科院上海天文台

中國科學院上海天文台劉鐵博士領銜的國際團隊，利用世界上最先進的“阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡”（ALMA)，開展了針對大質量恆星形成區的3毫米觀測項目（ATOMS ），首次對146個活躍的恆星形成區進行了超高分辨率的觀測。該項目是目前ALMA在3毫米波段進行的樣本最大的大質量恆星形成區觀測項目，將系統揭開這些區域稠密分子氣體的分佈及大質量恆星形成的面紗。

近日，該項目組在《皇家天文學會月刊》上背靠背發表了兩篇學術論文，發布了該項目的首批重要成果：首次基於光學薄的同位素分子譜線研究了“稠密分子的恆星形成定律” ；揭示了不同相的氣體在空間分佈上的異同；並發現了“序列大質量恆星形成”，即在同一片分子云中，大質量恆星的形成過程存在明顯的先後順序。

大部分大質量恆星形成的區域分佈在遠離太陽系（>3260光年）的銀盤上。這些區域消光嚴重，環境複雜。只有超高分辨率和超高靈敏度的毫米波/亞毫米波望遠鏡干涉陣列，才能夠細緻解析這些區域的內部結構。然而，之前的高分辨率觀測大多針對個別區域，缺乏系統的大樣本觀測研究。

此前觀測表明，分子云中最緻密的部分才是恆星形成的場所。因此，揭示分子云中稠密分子氣體的分佈是研究恆星形成的關鍵。然而，受限於分辨率，之前並沒有對大質量恆星形成區內部稠密分子分佈進行系統研究。

正是由於這些存在的問題，劉鐵於2019年就萌生了一個想法，計劃利用ALMA開展大樣本的大質量恆星形成區觀測項目。

“ATOMS項目獲取了海量的分子譜線躍遷數據。與一氧化碳分子相比，這些分子譜線可以揭示分子云中更加稠密的氣體。”論文的第二作者、美國得州大學奧斯汀分校的資深教授Neal J. Evans指出。

據悉，ATOMS項目組首次利用了光學薄的同位素分子譜線研究了“稠密分子的恆星形成定律”。研究發現，不同分子云中相同質量的稠密氣體能形成的恆星質量幾乎相當。與此同時，他們也證實了光厚譜線完全不能示踪分子云內部最緻密的部分—分子云核，那裡是孕育恆星胚胎的直接場所；光薄譜線卻能較好地揭示分子云核在分子云中的空間分佈。但是，他們也發現，在統計學意義上，光厚譜線和光薄譜線都可以很好地示踪分子云整體的稠密氣體質量和恆星形成率。

ATOMS項目組發現，稠密分子氣體、電離氣體和激波作用的氣體在空間分佈上存在較大差異。他們首次在一個大質量恆星形成區G9.62+0.19，探測到了廣泛分佈的一氧化矽窄線發射。對此，劉鐵解釋道，這表明該區域存在大範圍的低速激波，而這些激波的產生可能與電離氫區的膨脹或者大範圍氣體流間的碰撞有關。

“我們發現，大質量恆星並非最早形成於分子云的中心，這與理論預言不同，對當前的大質量恆星形成理論提出了挑戰。”劉鐵告訴《中國科學報》，同時他們還發現，已經形成的大質量恆星會顯著改變母分子云中氣體的分佈，並可能觸發新一代大質量恆星的形成。

“未來，我們還將利用ATOMS數據進行更多統計性研究，系統研究大質量恆星的形成機制及對星際介質的反饋。”劉鐵表示。

“這140多個恆星形成區的高分辨率圖像將有助於研究分子云中正在形成恆星的核心緻密區域的性質，以及研究這些緻密區域與孕育下一代恆星的更大尺度的分子云的關係。” 論文的合作者、美國國家噴氣推進實驗室（JPL）的資深教授Paul F. Goldsmith總結說。（來源：中國科學報黃辛）

相關論文信息：DOI: 10.1093/mnras/staa1577

DOI: 10.1093/mnras/staa1501