在我們銀河系的中心，在環(huán)繞超大質(zhì)量黑洞的湍流區(qū)域，塵埃和氣體在空間中波動(dòng)的高能沖擊波的驅(qū)動(dòng)下不斷旋轉(zhuǎn)。一個(gè)國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA），將我們對這一混亂區(qū)域的觀測提高了100倍，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚訝的全新絲狀結(jié)構(gòu)。
長期以來，人們一直認(rèn)為該星系的中心分子區(qū)（CMZ）是一個(gè)富含塵埃和氣體分子的區(qū)域，該區(qū)域不斷經(jīng)歷著形成和毀滅的循環(huán)。然而，這種活動(dòng)背后的確切機(jī)制仍不清楚?？茖W(xué)家經(jīng)常使用分子作為標(biāo)記物來研究分子云內(nèi)發(fā)生的各種過程。在這些標(biāo)記物中，一氧化硅（SiO）對于識(shí)別沖擊波尤為重要。
由上海交通大學(xué)楊凱領(lǐng)導(dǎo)的國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用ALMA的高分辨率和高靈敏度，繪制了銀河系中心分子云內(nèi)清晰的譜線，并以更精細(xì)的尺度描繪出一種新型的細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)。這種湍流環(huán)境與激波穿過時(shí)產(chǎn)生的細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)態(tài)相互作用，為理解CMZ內(nèi)的周期性過程提供了更完整的視角。
ALMA天線指向阿塔卡馬沙漠上的銀河系。圖片來源：NSF/ AUI/ NSF NRAO/ B.Foott
“當(dāng)我們查看ALMA顯示流出物的圖像時(shí)，我們注意到這些細(xì)長的細(xì)絲在空間上與任何恒星形成區(qū)域都存在偏移。與我們已知的任何物體不同，這些細(xì)絲確實(shí)讓我們感到驚訝。從那時(shí)起，我們就一直在思考它們到底是什么，”楊總結(jié)道。
這些“細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)”是在二氧化硅和其他八種分子的發(fā)射線中意外偶然發(fā)現(xiàn)的。它們的視線速度一致，與外流速度不一致。因此，它們與之前發(fā)現(xiàn)的其他致密氣體絲狀結(jié)構(gòu)類型并不相符；此外，這些細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)與塵埃發(fā)射無關(guān)，而且似乎不處于流體靜力平衡狀態(tài)。
CMZ 中的細(xì)絲。面板 a：MeerKAT 對 Sgr A 區(qū)域的 1.28 GHz 射電發(fā)射。紅色方框標(biāo)記了 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層。面板 b-c：ALMA 低分辨率（~1.9 英寸）觀測得到的 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層中 SiO 5-4 的積分強(qiáng)度圖。藍(lán)色方框標(biāo)記了檢測到細(xì)絲的放大區(qū)域。虛線環(huán)表示我們 ALMA 高分辨率（~0.23 英寸）觀測的 50% 主光束。面板 d-g：我們 ALMA 高分辨率觀測得到的細(xì)絲狀 SiO 5-4 發(fā)射，對于 20 公里/秒云層和 50 公里/秒云層，其積分速度范圍分別為 [-20， 40] 和 [25， 75] 公里/秒。粉色虛線表示已識(shí)別的細(xì)絲。黑色輪廓線表示 ALMA 1.3 毫米連續(xù)譜發(fā)射，輻射能量水平為 [5， 25， 45] × 40 μJy beam?1。圖片來源：Yang 等人。
上海天文臺(tái)研究員、該研究論文的通訊作者呂星總結(jié)道：“我們的研究揭示了這些纖細(xì)的細(xì)絲是物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，為迷人的銀河系中心景觀做出了貢獻(xiàn)。我們可以將它們想象成太空龍卷風(fēng)：它們是猛烈的氣流，很快就會(huì)消散，并有效地將物質(zhì)分布到環(huán)境中?！?/p>
這些纖細(xì)的絲狀結(jié)構(gòu)最初是如何形成的尚不清楚，但楊教授團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，沖擊波過程似乎是一個(gè)可能的解釋。這一推論基于幾個(gè)關(guān)鍵觀測結(jié)果：ALMA觀測中清晰可見的SiO 5-4旋轉(zhuǎn)躍遷、CH3OH脈澤的存在，以及這些纖細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)中復(fù)雜有機(jī)分子的相對豐度。
上海交通大學(xué)教授、該研究論文的通訊作者張懿晨強(qiáng)調(diào)：“ALMA的高角分辨率和非凡的靈敏度對于探測這些與細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)相關(guān)的分子線發(fā)射，以及確認(rèn)這些結(jié)構(gòu)與塵埃發(fā)射之間沒有關(guān)聯(lián)至關(guān)重要。我們的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著一項(xiàng)重大進(jìn)展，能夠在更精細(xì)的0.01秒差距尺度上探測到這些細(xì)長絲狀結(jié)構(gòu)，從而標(biāo)記出這些激波的工作表面。”
這一突破為理解CMZ中發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程提供了更詳細(xì)的視角，并揭示了物質(zhì)循環(huán)的周期性過程。首先，激波作為一種機(jī)制，形成了這些纖細(xì)的細(xì)絲，將SiO以及幾種復(fù)雜的有機(jī)分子（例如CH3OH、CH3CN和HC3N）釋放到氣相和星際介質(zhì)中。然后，這些纖細(xì)的細(xì)絲消散，為CMZ中廣泛存在的激波釋放物質(zhì)補(bǔ)充能量。最后，這些分子凍結(jié)成塵埃顆粒，導(dǎo)致?lián)p耗和補(bǔ)充之間的平衡。假設(shè)這些纖細(xì)的細(xì)絲在整個(gè)CMZ中都像本樣本中一樣豐富，那么損耗和補(bǔ)充之間就會(huì)存在周期性的平衡。
楊教授表示：“SiO是目前唯一一種能夠?qū)ｉT追蹤沖擊波的分子，而SiO 5-4旋轉(zhuǎn)躍遷僅在密度和溫度都相對較高的受沖擊波影響的區(qū)域才能探測到。這使得它成為追蹤C(jī)MZ致密區(qū)域內(nèi)沖擊波誘發(fā)過程的特別有價(jià)值的工具?！?希望未來ALMA能夠通過涵蓋多個(gè)SiO躍遷的觀測以及橫跨CMZ的普查觀測，結(jié)合數(shù)值模擬，證實(shí)這些細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)的起源，以及銀河系這一特殊區(qū)域內(nèi)周期性過程的可能性。
編譯自/ScitechDaily
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