
距离地球26,000光年的银河系中心有个活跃的区域:中心分子区(Central Molecular Zone,CMZ),蕴藏着恒星如何诞生、能量如何在银河系传递,甚至可能含暗物质细节的线索。然而,要分析这个区域挑战性极高,因无法从上方俯瞰银河系。
康乃狄克大学物理系副教授Cara Battersby领导的银河实验室,《天体物理学》期刊发布四篇论文提出CMZ全面分析与3D俯瞰模型。
团队感兴趣的问题之一是银河系超大质量黑洞什么时候会“进食”或主动吸积物质。“这些气体有时停在CMZ并围绕银河系中心运行,有时会形成恒星,或会继续流向中心的超大质量黑洞。”Battersby说。身为银河系的中继站,CMZ控制这些物质何时、是否流向黑洞。要直接回答这个问题很困难,因CMZ里有大量气体、尘埃与恒星,加上距离非常遥远,且只能从侧面观察。为了解自己CMZ如何控制气体流入,就需要俯视图。
团队收集数十万张从侧面角度拍摄的银河系中心形象,测量并创建中心区域的云团特征,包括质量、半径、温度、速度等,采不同观测波长判断哪些云团位于中心前或后方,并以新技术量化分子云屏蔽多少光线,目的是创建最佳CMZ俯视图。团队推测CMZ发生的现象,并与现在银河中心俯视模型比较。Battersby表示,搭建出分子云位置于现有三种模型差异相当大,考量各云团运动后,现有模型缺乏复杂性,还需研究CMZ气体流动。他们还提出新简单椭圆模型,拟合结果比之前模型稍佳。
远红外线形象显示银河系的中央分子区(CMZ)是一圈明亮且致密的分子气体与尘埃环,围绕超大质量黑洞人马座A*(Sgr A*)。形象显示银河系7度内远红外线观测数据,红色代表350微米、绿色代表160微米、蓝色代表70微米波段。形象涵盖了大约银河内部约3,200光年的范围,CMZ则位于内部约1,800光年处。(Source:Astrophysical Journal)
团队正在撰写第五篇论文,提出银河CMZ的俯视最佳拟合模型,并公开程序代码,让将来研究者能在新数据出现在持续改善模型。更多数据可用后,模型会不断更新与改进。“现代科学非常讲求合作,因此公开程序代码是促进社交媒体参与的重要一环,也能为渴望参与研究的年轻科学家与学生提供资源。”论文撰写人博士生Lipman说。
CMZ提供了对宇宙中极端现象的近距离观察机会,例如正在吸积物质的超大质量黑洞,或是在高度紊乱环境中形成的恒星。了解三维结构对于关注流向黑洞的物质流动,以及验证极端环境下的恒星形成理论是非常关键的,这一系列论文是理解银河系CMZ三维结构的一大进展,也让人们能够开始回答关于银河系的重要问题与演化历史。
第一篇论文(Battersby et al.):利用Herschel望远镜,呈现银河系40度内远红外线尘埃连续辐射的概况,并特别聚焦中央分子区(CMZ)。创建并公开CMZ完整柱密度与尘埃温度地图,并描述整体特性。第二篇论文(Battersby et al.):树状图分析柱密度地图,创建CMZ内多尺度高密度结构阶层目录。对目录每个结构报告物理性质、动力学性质(以及光度与恒星形成率SFR)。将CMZ结构放入更广泛背景探讨,与银河盘面内区域及遥远星系比较性质。第三篇论文(Walker et al.):第一与第二篇的后续研究,提供了更新后的目录,并发布包含分子云遮罩等数据,用来分析这些分子云的整体动力学特性。使用无线电连续波发射与分子线吸收数据,来判断分子云位于银河中心的前方还是后方。第四篇论文(Lipman et al.):探讨如何利用中红外线尘埃消光技术来判断分子云的前后位置,并比较使用的新方法与第三篇论文的分子线吸收结果,用来判定目录中所有云团位于前方或后方的机率,并与目前CMZ 3D模型比对。3D模型网站:3-D CMZ(首图来源:Pixabay)











