紫金山天文臺在大質量恒星起源研究方面獲進展

　　近期，中國科學院紫金山天文臺分子云與恒星形成研究團組利用高分辨毫米波/亞毫米波干涉陣（ALMA）數據，報道了目前唯一有重復爆發式吸積的大質量原恒星M17 MIR以及由重復爆發式吸積引起的間斷式高速分子噴流。相關研究成果以M17 MIR: A Massive Star Is Forming via Episodic Mass Accretion為題，發表在《天體物理學雜志快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。

　　大質量恒星（大于8倍太陽質量）的起源問題是天體物理學領域懸而未決的關鍵問題。此前，盤吸積模型以及相關的觀測證據指向了小質量原恒星通過氣體吸積盤增長成為大質量原恒星進而最后形成大質量恒星這一可能性。原恒星氣體吸積盤的引力不穩定性或引起爆發式吸積活動以及伴隨的高速物質拋射過程。這些過程的觀測特征是紅外光度爆發和高速分子噴流活動。

　　目前表現出爆發式吸積的大質量原恒星樣本較少，包括S255IR NIRS 3、NGC 6334I MM1、G358.93-0.03 MM1及M17 MIR。M17 MIR是紫金山天文臺基于長時間的紅外數據首次獨立發現的。1993到2019年的紅外測光數據發現M17 MIR有明顯地中紅外光度變化。中紅外光變曲線說明存在兩個明顯的紅外光度爆發期以及在其之間的一段寧靜期。此外，M17 MIR表現出與紅外光變幾乎同步的22 GHz水脈澤光變活動。因此，M17 MIR是首顆有重復爆發式吸積的大質量原恒星。通過光譜能量分布擬合估算得到爆發期的物質吸積率為每年千分之一太陽質量。通過重復爆發式吸積，M17 MIR有望成為一顆20個太陽質量的O9型恒星。

　　M17 MIR的水脈澤活動預示外流活動存在的可能性。研究通過分析ALMA 1.3毫米波段存檔數據發現12CO （J=2-1）譜線的高速線翼部分有明顯的超出，成圖后發現間斷式的雙極分子外流。外流的極高速（EHV）部分展現出對稱且準直的噴流狀結構，并可以分辨出明顯的精細結狀結構。假定距離最近的EHV結構N1-1/S1-1起源于2010年開始的爆發式吸積活動，那么可以推斷噴流速度約為421 km s-1。研究基于這一噴流速度發現，EHV結構N1-2/S1-2的動力學年齡恰好對應于20世紀90年代發生的爆發式吸積活動，這驗證了動力學年齡的合理性和準確性。其余間斷式高速分子噴流的動力學年齡小于400年，暗示著過去400年發生過多次爆發式吸積活動，且每次持續時間約為幾十年，與氣體吸積盤的引力不穩定性以及碎裂模型相符合，這對大質量恒星起源問題的理論研究具有參考價值。

　　大質量恒星的爆發式吸積活動既能夠通過紅外光度爆發研究，又能夠通過高速分子噴流的結狀結構來推測爆發式吸積活動的發生時間與間隔。而第二種方法可以研究數百乃至數千年前發生的爆發式吸積活動，追溯大質量恒星的長期吸積歷史。M17 MIR作為例證，為探討大質量恒星的動態形成過程提供了多方面的觀測證據和詳細的觀測診斷，為大質量恒星形成的爆發式吸積理論提供了可靠的觀測證據，進一步深化了科學家對大質量恒星起源問題的認知。

　　研究工作得到國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金的資助。