大質量恒星是指質量大于8倍太陽質量的恒星，它們往往形成于大尺度、復雜且高度動態(tài)的氣體環(huán)境中，在宇宙演化過程中具有決定性作用。中國科學院上海天文臺主導的研究團隊成功揭示大質量恒星形成區(qū)中，氣體從大尺度流向小尺度的完整過程，為探索大質量恒星的形成之謎邁出重要一步。相關研究成果日前發(fā)表在國際學術期刊《科學進展》上。審稿人認為，這一成果是揭示大質量恒星形成層級結構及氣體吸積過程的“教科書”案例。

  大質量恒星通過強烈的輻射、星風以及最終的超新星爆炸，深刻改變著星際介質的物理和化學性質，進而推動星系結構形成及演化。研究氣體如何從大尺度逐步輸運到小尺度并形成圍繞大質量原恒星的吸積盤，是目前大質量恒星形成研究的核心課題。

  文章第一作者兼通訊作者、上海天文臺博士麥曉楓介紹，科研團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）和甚大陣射電望遠鏡（VLA），對距離太陽約1.25千秒差距的大質量恒星形成區(qū)IRAS 18134-1942進行了多尺度高分辨率觀測，分辨率動態(tài)范圍從40天文單位覆蓋到2500天文單位，系統(tǒng)性地揭示出一個“類旋臂—棒狀—旋轉包層—吸積盤”的復合系統(tǒng)：首先，在約2萬天文單位尺度上，數(shù)條清晰的氣體流將外圍物質向核心輸運，形成多條“旋臂”，部分氣流符合旋轉內落的運動特征，顯示大尺度團塊的整體旋轉坍縮可能在塑造氣體內流形態(tài)和運動學方面起到關鍵作用；其次，這些“旋臂”狀氣體流連接至一個約7500天文單位長的棒狀結構，進一步將氣體引導至核心區(qū)域；最后，在約2000天文單位的核心范圍內，氣體形成旋轉塌縮包層，并在約500天文單位范圍內形成具有開普勒旋轉運動特征的吸積盤。

  這是迄今為止首次在單個大質量氣體團塊中，同時揭示多個環(huán)節(jié)相互連接的完整層級氣體系統(tǒng)，與棒旋星系具有驚人的相似性。進一步計算發(fā)現(xiàn)，在大恒星形成區(qū)中，不同尺度下的氣體下落速度不一樣。麥曉楓說：“這項結果表明大質量分子云團塊的內部結構并非簡單或無序，而是可以呈現(xiàn)出類似棒旋星系的高度有序層級結構。它為大質量恒星如何在復雜環(huán)境中積聚質量、形成吸積盤提供了關鍵觀測證據。”

  據悉，上海天文臺恒星形成團隊聯(lián)合國內外合作者，已用5年時間積累了140多個大質量恒星形成區(qū)的多尺度觀測數(shù)據，即ALMA ATOMS/QUARKS觀測項目。文章共同通訊作者及ALMA ATOMS/QUARKS觀測項目負責人、上海天文臺研究員劉鐵說：“我們正利用項目數(shù)據及后隨觀測數(shù)據對更多類似系統(tǒng)開展深入研究，結合課題組正在開展的高精度數(shù)值模擬，進一步揭示大質量恒星形成的完整圖景。”

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