這幅圖描繪了與光學圖像相比，漩渦星系中二氮鋁分子輻射(假色)的首次生地分布。照片中的繪制紅色區域代表了明亮的氣體星云，其中含有熾熱的出漩大質量恒星，穿過旋臂中黑暗的渦星氣體和塵埃區域。這些黑暗區域中二氮鋁的系中星誕存在暗示了特別寒冷和稠密的氣體云。鳴謝:uux.cn/托馬斯·穆勒(HdA/MPIA)、研究S. Stuber等人(MPIA)、首次生地美國國家航空航天局、繪制歐空局、出漩S. Beckwith (STScI)和das Hubble遺產小組(STScI/AURA)
（神秘的渦星地球uux.cn）據波恩大學：由馬普天文研究所(MPIA)領導的一個國際研究小組，包括波恩大學，系中星誕以前所未有的研究詳細程度繪制了我們鄰近的一個星系中未來恒星孕育場的冷而稠密的氣體。這些數據將使研究人員首次能夠在單個恒星形成區域的首次生地規模上，對銀河系外恒星形成早期階段氣體中存在的繪制條件進行深入研究。
他們的發現現已發表在《天文學和天體物理學》上。
矛盾的是，熱恒星開始形成于宇宙中一些最冷的區域，特別是橫跨整個星系的厚厚的氣體和塵埃云。“為了研究恒星形成的早期階段，即氣體逐漸冷凝并最終產生恒星的階段，我們必須首先識別這些區域，”海德堡MPIA的博士生、該研究論文的第一作者索菲亞·斯圖伯(Sophia Stuber)說。
“為此，我們通常會測量特定分子發出的輻射，這些分子在這些極度寒冷和密集的地區尤為豐富。”天文學家通常使用HCN(氰化氫；也稱為氫氰酸)和N2H+(二氮烯鎓)作為化學探針。
使用分子作為化學探針
多虧了被稱為SWAN的大規模觀測計劃(與NOEMA一起在Arcseconds測量漩渦)，研究人員現在能夠在另一個星系的廣闊區域進行這些測量，而以前這些測量僅限于我們自己的銀河系。
SWAN團隊使用法國阿爾卑斯山的無線電干涉儀北方擴展毫米陣列(NOEMA)，研究漩渦星系(Messier 51)中心2萬光年內幾個分子的輻射分布。這個項目的214個小時的觀測得到了來自另一項調查的大約70個小時的補充，這項調查是在西班牙南部使用30米單盤望遠鏡進行的。
SWAN項目的領導者之一是來自波恩大學阿爾吉蘭德天文研究所的Frank Bigiel教授，他說:“不同分子的譜線讓我們得出關于氣體物理性質的非常具體的結論，例如它的密度。這使我們能夠詳細研究星際介質中的哪些條件有利于星系內的恒星形成。第一次，我們現在能夠以這種方式調查星系的大部分區域——并且以比以往更高的分辨率進行，這樣我們甚至可以區分單個的恒星形成區域。”
氣體性質取決于環境
在這項現已發表的研究中，研究人員專注于兩種分子:氰化氫和二氮鎓。因為漩渦星系距離我們只有2800萬光年，所以我們甚至有可能研究不同區域的單個氣體云的特征，就像它的中心或旋臂一樣。“我們利用這種情況來確定這兩種氣體對我們來說在這個星系中追蹤致密云的效果如何，以及它們是否同樣合適，”Stuber解釋道。
雖然氰化氫和二氮鋁發出的輻射強度沿著旋臂上升和下降的程度相同，因此在確定氣體密度方面提供了同樣好的結果，但天文學家們在星系的中心區域發現了明顯的差異，在那里氰化氫發出的亮度增加得更明顯。換句話說，似乎存在一種機制使氰化氫發出更亮的光，而不是二氮烯鎓。
該團隊懷疑這一現象的責任可能在于漩渦星系的活動星系核，即圍繞其中心巨大黑洞的高能區。在氣體落入黑洞之前，它被推成盤狀，加速到高速，并通過摩擦加熱到數千攝氏度。
這導致它發出強烈的輻射，這確實可以解釋氰化氫分子的一些額外發射。“然而，我們仍然需要詳細探索是什么使這兩種氣體表現不同，”MPIA研究小組負責人、SWAN項目的另一位聯合領導人Eva Schinnerer補充說。
值得一試的挑戰
因此，看來重氮鈾是比氰化氫更可靠的“密度探測器”，至少在漩渦星系的中心區域是這樣。然而，不幸的是，在相同的氣體密度水平下，它的亮度平均低五倍，這大大增加了測量所需的時間和精力。因此，所需的額外靈敏度是以更多的觀察時間為代價的。
波恩大學跨學科研究領域“物質”的成員比吉爾教授說:“這些研究讓我們離回答恒星如何形成的基本問題又近了一步。”“我們現在能夠將我們的數據與對恒星形成活動的觀察結合起來，得出一個整體的圖景。”
從長遠來看，這將有助于回答諸如“恒星形成需要多大密度的氣體？”以及“追蹤星系內部這種氣體的最佳‘探針’或分子是什么？”

(責任編輯：知識)