近期，云南大学、中国科学院上海天文台和智利大学等国内外合作团队，揭示了大质量恒星诞生之谜的观测新证据，相关成果在国际学术期刊《The Astrophysical Journal supplement》发表。

大质量恒星婴儿房的“分裂密码”

恒星诞生于宇宙中的稠密分子云团块（如密度大于10⁴ cm^-3），简称云团。云团内包含大质量恒星（超过8倍太阳质量）诞生的致密云核种子（如密度高于10⁶ cm^-3）。但目前科研人员仍未彻底弄清楚的是，大质量云团如何分裂成一个个能诞生恒星的云核种子？为了破解该谜题，研究团队动用了目前世界上最强大的毫米干涉阵望远镜ALMA，旨在分析衡量云团碎裂的一个关键特征——云核间距。利用由66台天线组成的“宇宙千里眼”阵列ALMA，团队在1.3毫米波长处对139个红外亮的大质量原恒星云团进行了高清扫描，辨析出了近1600个致密云核。具有显著统计意义的结果表明，相邻云核的平均间距比热金斯碎裂理论预测值小近5倍。也就是，云团内的云核分布非常紧凑，说明云团碎裂成云核过程的驱动机制由引力主导。这一观测新结果帮助研究团队强有力地阐明了大质量恒星形成的碎裂机制——热金斯碎裂。此外，研究人员认为紧凑的云核分布关联两种最可能的物理过程：一种是类似于俄罗斯套娃，云团存在多层级的碎裂过程；或者是由于云团的动力学演化，使得新形成云核随时间推移变得愈发拥挤。两种可能性的进一步观测验证，可为现有恒星形成理论模型提供关键的约束条件。

图1：（图左）大质量原恒星云团示例。（图右）云团的ALMA高分辨观测图像，加号标注了致密云核位置，相邻云核的间距由绿色线段表示。

大质量恒星形成种子的寻觅——"成长路径"的关键抉择

研究的另一亮点是寻觅大质量恒星形成种子——大质量无星云核。它们质量大（至少超过16倍太阳质量）、密度极高（>10⁶ cm^-3）且尚未开始任何恒星形成活动。这类云核是大质量恒星形成路径抉择的关键判据。例如，主流的“湍动云核吸积”模型认为，大质量恒星诞生于预先存在且孤立的无星云核，在引力坍缩后通过快速吸积周围物质形成大质量星体；然而，另一个广为讨论的“竞争吸积”模型则建议，大质量恒星起源于一簇小质量云核，它们之间通过激烈竞争抢夺气体物质而成长为“大个子”。在近1600个探测的云核中，研究人员只发现了两个大质量无星云核候选体（约17—21倍太阳质量，半径约5000天文单位），它们的密度分布呈致密特征（图2）、其内部只探测到少量分子谱线发射（图3）且不存在如外向流等已知的恒星形成活动迹象。大质量恒星种子云核数量的稀少表明，多数大质量恒星是由一簇小质量云核通过激烈竞争、不断吸积物质而成长起来的，这为“竞争吸积”模型提供了强有力的观测新证据。

 图2：大质量星前核候选体的连续谱图像。

图3：大质量星前核内部的分子谱线。

该研究获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、云南省基础研究计划项目、云南省“兴滇英才计划”青年项目、中国科学院战略性先导科技专项、上海市自然科学基金和中国科学院“西部之光”项目等经费资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/adf847

科学联系人：

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