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银河系中心“造星难”:极端环境成大质量恒星诞生“拦路虎”?

   时间:2026-07-10 02:16:47 来源:快讯编辑:快讯 IP:北京 发表评论无障碍通道
 

在人们的传统认知里,恒星的形成过程或许就像蒸馒头,原料越充足、堆积越紧密,诞生的恒星就越多越大。银河系中心区域,无疑是整个星系中“原料”最为富集的地方,这里气体和尘埃堆积如山,密度远超其他区域。然而,令人费解的是,这片看似最适宜恒星诞生的“沃土”,却并没有孕育出大量的大质量恒星,仿佛“守着金山过穷日子”,这一奇特现象多年来一直困扰着天文学家。

解开这个谜团的关键线索,来自美国宇航局已退役的SOFIA机载天文台。SETI研究所的德·布伊泽和加州理工IPAC的林王基带领团队,利用SOFIA的高分辨率红外视野,对银河系中心的人马座B1、B2和C这三个被气体尘埃严密包裹的恒星形成区展开了深入研究。这些区域只有最长波段的红外光能够穿透,SOFIA凭借其独特优势,成功在这片区域发现了七十多颗正在形成的大质量恒星,相关成果于2025年6月在美国天文学会年会上正式公布。

研究结果却出乎意料。尽管银河系中心区域的造星原料密度极高,但大质量恒星(质量超过太阳8倍)的诞生速度却比银河系其他区域慢得多。这就好比原料充足,产量却极低,实在令人困惑。那么,问题究竟出在哪里呢?原来,关键在于位置。太阳距离银河系中心约两万六千光年,所处的环境相对稳定。而人马座B1、B2和C这三个区域距离银河系中心仅几百光年,它们紧邻着质量约为四百万倍太阳的超大质量黑洞人马座A*,整个环境既高能又混乱,恒星形成所需的“安静抱团”条件根本无法满足。

打个形象的比喻,在银河系外围造恒星,就像在无风的院子里点篝火,柴火能够慢慢聚集并燃烧旺盛;而在银河系中心造恒星,则如同在狂风口点火,气体云还没来得及靠引力聚集在一起,就被湍流和辐射撕散、吹走了。进一步分析发现,银心最大的“阻碍”其实是湍流。包裹在银河系中心周围的巨云中,气体运动速度极快,甚至超过了声速,引力根本无法将其束缚成致密的种子。中国国家天文台的研究为此提供了有力佐证,他们发现银心分子云区由于湍动强烈,分割引力和湍动贡献的密度阈值比正常分子云高出几十倍,只有极小一部分致密气体处于引力束缚状态,也就是说,大部分气体都在“胡乱运动”,无法参与恒星形成。

不仅如此,SOFIA观测到的这三个区域在恒星形成方面还存在明显差异。人马座B2诞生的恒星最为壮实,而B1和C区域诞生的恒星最大个头只有B2的一半左右。更严重的是,这些区域似乎缺乏维持恒星持续诞生所需的足够物质,意味着它们可能只能形成一代恒星,与典型的恒星形成区截然不同。典型的恒星形成区能够不断孕育新的恒星,实现“子子孙孙代代相传”,而银河系中心区域却更像是“一锤子买卖”。

不过,在这片看似“荒芜”的区域中,也存在一个例外——人马座B2。虽然目前B2的大质量恒星形成率与其他中心区域一样低得反常,但它似乎成功保留了稠密的气体尘埃储备,为未来可能诞生的新星团留下了“资本”。这表明银河系中心并非完全是一片“死寂”的荒漠,而是极端环境与顽强生命并存的地方。

这项研究还对传统的天文学观念提出了挑战。过去,天文学家将人马座B1、C这类巨型电离氢区视为大质量星团尚未形成的“宿主”,但此次研究发现,它们可能并不符合经典定义,甚至可能代表着一类以前未被发现的全新恒星苗圃。这意味着我们过去对银河系中心恒星形成的认知可能存在偏差,需要重新审视和修正。

2026年2月,全球天文学家借助智利的ALMA阵列,以前所未有的精度描绘出银河系中心“恒星育婴房”的结构图。SOFIA观测红外光,ALMA观测毫米波,两种观测手段相互补充、交叉验证,为解开银河系中心恒星形成之谜提供了更全面的信息。此次ALMA的观测意义重大,中国天文学家也积极参与其中。这是ALMA首次对如此大范围的天空进行系统扫描,构成了迄今规模最大的ALMA图像。研究团队从2021年开始,共进行了1000小时的观测,并耗时两年半完成数据处理,相关五篇论文已被《皇家天文学会月刊》接收,其中一篇数据发布论文由上海天文台的吕行牵头。

顺着ALMA的观测线索,科学家们还发现了一个令人惊喜的结果。去年6月,吕行团队利用ALMA的高分辨率数据,在银河系中心方向发现了一个大质量新生恒星的吸积盘,该吸积盘因周围天体近距离掠过而产生了旋臂结构。这一发现证明,大质量恒星与小质量恒星的形成过程具有相似性,都会经历吸积盘和飞掠等阶段。这说明银河系中心的“造星工艺”在底层逻辑上并无特殊之处,特殊的只是其极端恶劣的环境条件。而这一发现对于理解整个星系的演化具有重要意义,因为大质量恒星是星系的“发动机”,它们爆发成超新星后会撒下重元素,催生下一代恒星。如果银河系中心几十亿年来一直“不孕不育”,那么我们对于银河系核球形成的历史认知可能需要重新书写。

从FAST到深度参与ALMA这样的国际大科学装置,中国在探索银河系中心这一“宇宙硬骨头”方面的贡献日益突出。银河系中心虽然距离我们的日常生活十分遥远,但它是检验人类观测极限和理论功力的绝佳“试金石”。谁能够更清晰地观测银河系中心,谁就能更深入地理解宇宙的底层运行规律。当SOFIA首次穿透银河系中心的尘埃时,人类看到的并非想象中生机勃勃的造星天堂,而是一片被极端环境抑制的“荒漠”,只有人马座B2这样的角落还残留着星星点点的“火种”。宇宙的奥秘往往充满矛盾,最富饶的地方未必最多产,而气体能否安静地聚集在一起,才是决定恒星能否诞生的关键因素。沿着这条线索深入探究,银河系身世中那些最深层的谜团,正逐渐被我们揭开。

 
 
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