图说：12个ATOMS观测的恒星形成区的ALMA 3 毫米的连续谱图像，等值线或者亮度最强的地方正形成大质量恒星
来源/中科院上海天文台
恒星是可以通过核聚变发光发热的等离子体星球，是构成可见宇宙的“原子”。离我们最近的恒星——太阳只是银河系千亿恒星中最普普通通的一员，是“个头”比较小的矮星。比太阳个头更大的恒星，特别是大质量恒星（质量大于8个太阳质量）虽然稀少，却影响巨大。然而，大质量恒星是如何形成的仍是未解之谜。
中国科学院上海天文台刘铁博士领衔的国际团队，利用世界上最先进的毫米波/亚毫米波干涉阵ALMA，开展了针对大质量恒星形成区的3毫米观测项目（ATOMS），首次对146个活跃的恒星形成区进行了超高分辨率的观测，将系统揭开这些分子云内部稠密分子气体的分布及大质量恒星形成的面纱。
图说：ATOMS项目观测的146个大质量恒星形成区(红色+)在银河系的分布，大部分观测目标都分布在旋臂上
来源/中科院上海天文台
近日，该项目组在国际核心天文学期刊《皇家天文学会月刊》（MNRAS）上背靠背发表了两篇学术论文，发布了该项目的首批重要成果：首次基于光学薄的同位素分子谱线研究了“稠密分子的恒星形成定律”，揭示了不同相的气体在空间分布上的不同；并发现了“序列大质量恒星形成”，即在同一片分子云中，大质量恒星的形成过程存在明显的先后顺序。
据介绍，大部分大质量恒星形成的区域分布在远离太阳系的银盘上。这些区域消光严重，环境复杂。只有超高分辨率和超高灵敏度的毫米波/亚毫米波望远镜干涉阵列才能够细致解析这些区域的内部结构。然而，之前的高分辨率观测大多针对个别区域，缺乏系统的大样本观测研究。
此前观测表明，分子云中最致密的部分才是恒星形成的场所。因此，揭示分子云中稠密分子气体的分布，是研究恒星形成的关键。然而，受限于分辨率，之前并没有对大质量恒星形成区内部稠密分子分布的系统研究。
刘铁告诉记者，正是由于这些存在的问题，他在去年萌生了一个想法，计划利用ALMA开展大样本的大质量恒星形成区观测项目。这一项目也是目前ALMA在3毫米波段展开的样本最大的大质量恒星形成区观测项目。“ATOMS项目获取了海量的分子谱线跃迁数据。与一氧化碳分子相比，这些分子谱线可以揭示分子云中更加稠密的气体。”项目组另一位科学家、来自美国德州大学奥斯汀分校的资深教授尼尔·埃文斯表示。“此外，ALMA的超高分辨率和超高灵敏度解析了这些恒星形成区的内部结构。”刘铁补充说。
此外，项目组还发现，稠密分子气体、电离气体和激波作用的气体在空间分布上存在较大差异。“我们发现，大质量恒星并非最早形成于分子云的中心，这与理论预言不同，为当前的大质量恒星形成理论提出了挑战。”刘铁说。科学家们还表示，已经形成的大质量恒星会显著改变母分子云中气体的分布，并可能触发新一代大质量恒星的形成。
“未来，我们还将利用ATOMS数据进行更多统计性研究，系统研究大质量恒星的形成机制及对星际介质的反馈。”刘铁表示。来自美国国家喷气推进实验室的资深教授保罗·戈德史密斯认为，这140多个恒星形成区的高分辨率图像将有助于研究分子云中正在形成恒星的核心致密区域的性质，以及研究这些致密区域与孕育下一代恒星的大尺度分子云的关系。